Bilim insanları artık yeni attosaniye X-ışını spektroskopisi tekniği sayesinde elektronların hareketini ve moleküllerin iyonlaşmasını gerçek zamanlı olarak takip edebiliyor. Stop-motion fotoğrafçılıkta olduğu gibi, bu teknik de atom çekirdeğini etkin bir şekilde yerinde “donduruyor”; yani hareketi, etrafında hızla dönen elektronlar üzerinde yapılan ölçümlerin sonuçlarını çarpıtmıyor. Tekniğin geliştiricilerine göre, bu yöntem yalnızca moleküllerin yapısını araştırmak için değil, aynı zamanda iyonlaştırıcı radyasyon yoluyla oluşan reaktif türlerin doğuşunu ve evrimini izlemek için de kullanılabilir.

"Çalışmak istediğimiz radyasyonun neden olduğu kimyasal reaksiyonlar, hedefin attosaniye zaman ölçeğinde gerçekleşen elektronik tepkisinin sonucudur (10^-18 saniye)," diye açıklıyor linda genç, bir fizikçi Argonne National Laboratory ve Chicago ÜniversitesiAraştırmayı birlikte yürüten ABD'li Robin Santra arasında Alman Elektronen-Synchrotron (DESY) ve Hamburg Üniversitesi almanya'da ve Xiaosong Li arasında Washington Üniversitesi, BİZ. "Şimdiye kadar radyasyon kimyacıları olayları yalnızca pikosaniyelik zaman ölçeğinde (10^-12 saniye), bu da attosaniyeden milyon kat daha yavaştır. Bu, 'Doğdum ve sonra öldüm' demek gibi bir şey. Arada ne olacağını bilmek istersiniz. Artık bunu yapabiliyoruz.”

Pompa ve prob

Yeni teknik şu şekilde çalışıyor. İlk olarak araştırmacılar, su örneğine 250 elektron volt (eV) foton enerjisine sahip attosaniyelik bir X-ışını darbesi uyguluyor; ancak ekip, tekniğin çok çeşitli yoğun madde sistemleriyle çalışabileceğini söylüyor. . Bu ilk “pompa” darbesi, su molekülünün moleküler bağlanma ve kimyasal reaksiyonlardan sorumlu olan dış (değerlik) yörüngelerindeki elektronları harekete geçirir. Bu yörüngeler atom çekirdeğinden daha uzaktadır ve iç "çekirdek" yörüngelerden çok daha düşük bağlanma enerjilerine sahiptirler: yaklaşık 10 eV ile karşılaştırıldığında yaklaşık 40-500 eV. Bu, molekülün geri kalanını etkilemeden değerlik iyonizasyonu olarak bilinen bir işlemle onları iyonize etmeyi mümkün kılar.

Değerlik iyonizasyonundan yaklaşık 600 attosaniye sonra araştırmacılar, yaklaşık 500 eV enerjiyle numuneye ikinci bir attosaniye darbesi (prob darbesi) ateşler. Young, "Pompa ve prob darbeleri arasındaki kısa zaman gecikmesi, hidrojen atomlarının hareket edecek zamanlarının olmamasının ve 'donmuş' gibi olmalarının nedenlerinden biridir" diye açıklıyor. "Bu, hareketlerinin ölçüm sonuçlarını etkilemediği anlamına geliyor."

Prob darbesi, değerlik iyonizasyonunu takiben değerlik yörüngelerinde geride kalan deliklerle (boşluklarla) etkileşime girdiğinde, darbenin enerji dağılımı değişir. Araştırmacılar, bu enerji dağılımını iki boyutlu bir dedektöre dağıtan bir ızgaradan gelen darbeyi yansıtarak, Young'ın değerlik yörüngelerini işgal eden elektronların spektral "anlık görüntüsü" veya "parmak izi" olarak adlandırdığı şeyi elde ediyorlar.

Önceki sonuçlardaki kusurları bulma

Araştırmacılar, X-ışını enerjili elektronların uyarılmış durumlara geçerken hareketlerini gözlemleyerek, su üzerinde daha önceki X-ışını spektroskopisi ölçümlerinin yorumlanmasında kusurları ortaya çıkardılar. Bu önceki deneyler, su veya hidrojen atomlarının dinamiğindeki farklı yapısal şekillerden veya ​"motiflerden" kaynaklandığı anlaşılan X-ışını sinyalleri üretti, ancak Santra, yeni çalışmanın durumun böyle olmadığını gösterdiğini söylüyor.

"Prensip olarak, bu tür bir deneyin zamanlama hassasiyetinin kullanım ömrüyle (birkaç femtosaniye veya 10 saniye civarında) sınırlı olduğu düşünülebilirdi.^-15 üretilen X-ışını ile uyarılan elektronik kuantum durumlarının saniyeler)" Fizik dünyası. "Ancak kuantum-mekanik hesaplamalar yoluyla gözlemlenen sinyalin bir femtosaniyeden daha kısa bir süre ile sınırlı olduğunu gösterdik. Sıvı suyun yapısına ilişkin X-ışını spektroskopisi ölçümlerinin daha önce yanlış yorumlandığını gösterebilmemizin nedeni budur: Daha önceki ölçümlerin aksine, bizim ölçümlerimiz hareket eden hidrojen atomlarından etkilenmemişti."

Deneysel hedefler ve zorluklar

Araştırmacıların ilk hedefi, X ışınları ve diğer iyonlaştırıcı radyasyon biçimlerinin maddeye çarpması sonucu oluşan reaktif türlerin kökenini anlamaktı. Bu reaktif türler iyonlaşmayı takiben attosaniye zaman ölçeğinde oluşur ve kimyanın yanı sıra biyomedikal ve nükleer bilimde de önemli roller oynarlar.

Karşılaştıkları zorluklardan biri de kullandıkları X-ışını ışın hattının: ChemRIX'ler, Bir parçasıdır Linac Tutarlı Işık Kaynağı at SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı Menlo Park, Kaliforniya'da bulunan bu sistemin tamamen X-ışını attosaniye geçici absorpsiyon spektroskopisini gerçekleştirecek şekilde yeniden yapılandırılması gerekiyordu. Bu güçlü yeni teknik, süreçlerin son derece kısa zaman ölçeklerinde incelenmesini mümkün kılıyor.

Araştırmacılar artık çalışmalarını saf sudan daha karmaşık sıvılara genişletmeyi planlıyor. Young, "Burada farklı moleküler bileşenler, serbest kalan elektronlar için tuzak görevi görebilir ve yeni reaktif türler üretebilir" diyor.

Mevcut çalışmalarını rapor ediyorlar Bilim.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/new-attosecond-x-ray-spectroscopy-technique-freezes-atomic-nuclei-in-place/