Найпотужніший у світі рентгенівський лазер перетворив атом у "чорну діру"

Рентгенівський лазер LCLS дозволив фізикам "катапультувати" майже всі електрони одного атома в молекулі і тимчасово перетворити його в мініатюрний аналог чорної діри, яка притягувала до себе електрони з силою її космічного побратима, йдеться в статті, опублікованій в журналі Nature.

"Сила, з якою електрони притягалися до атому йоду в даному випадку, була набагато більшою, ніж та, яку б виробляла, наприклад, чорна діра з масою в десять Сонць. В принципі, гравітаційне поле будь-якої чорної діри зоряної маси не здатне порівнянним чином діяти на електрон, навіть якщо його впритул наблизити до горизонту подій ", – розповідає Робін Сантра (Robin Santra) з Німецького синхротронного центру DESY.

Сантра і його колеги створили подібну мініатюрну "чорну діру", сфокусувавши весь промінь рентгенівського лазера LCLS, поки найпотужнішої установки подібного роду в світі, на точці шириною всього в 100 нанометрів. Це приблизно дорівнює довжині великої органічної молекули і в кілька сотень разів менше ширини пучка, що зазвичай застосовується в дослідах з подібними випромінювачами.

Деокупація півдня країни – як українські військові відвойовують території

Заборона на пересування країною для військовозобов'язаних – всі деталі

Ракетні удари по мирних українськиих містах - липень 2022

Ядерний тероризм Росії

Завдяки цьому потужність лазерного пучка досягла десяти мільярдів гігават на квадратний сантиметр, впритул підібравшись до позначки, де починають проявлятися ультрарелятивістські ефекти і світло починає спонтанно перетворюватися в матерію і антиматерію.

Зіткнення такого імпульсу з одиночними атомами ксенону і йоду, як показали перші досліди фізиків, призводить до того, що вони втрачають практично всі свої електрони і набувають фантастично високий ступінь окислення – +48 або +47, в результаті чого виникає рекордно високий позитивний заряд.

Вчені вирішили перевірити, як цей заряд може вплинути на поведінку інших молекул і атомів, з'єднавши йод з молекулами метану і етану, які "прозорі" для рентгена і не реагують на опромінення подібними променями.

Результати цих дослідів виявилися фантастичними – опромінення таких молекул лазером всього протягом 30 наносекунд призвело до того, що атоми йоду перетворилися на своєрідні електричні "чорні діри" на мить після того, як їх "прошив" рентгенівський пучок.

Ці атоми, всупереч очікуванням вчених, втратили набагато більше електронів – не 46 або 47, а 53 або 54 частки. На цьому процес не зупинився, і атоми йоду, подібно надмасивним чорним діркам, почали перетягувати на себе електрони з інших частин молекули, розганяти і "випльовувати" їх у вигляді пучків, схожих на викиди їхніх космічних "кузенів".

У результаті цього вся молекула йодметана фактично миттєво дезінтегрувала себе, проживши всього трильйонну частку секунди після початку обстрілу лазером. Щось подібне, як вважають вчені, може відбуватися при контакті живих організмів з рентгенівським випромінюванням, і вивчення цього процесу допоможе нам зрозуміти, як можна знизити або нейтралізувати шкоду від радіації.

"Йодометан – відносно проста молекула, яка допомагає нам розуміти те, що відбувається з органічними молекулами при їх пошкодженні радіацією. Ми вважаємо, що ця реакція протікає ще більш бурхливо в йодетані та інших складних молекулах, де йод може" викидати "до 60 електронів, однак поки ми не знаємо, як його можна описати. Вирішення цього завдання є нашою наступною метою ", – робить висновок Артем Руденко з університету штату Канзас (США), перший автор статті.