A világ legerősebb röntgensugara ‘molekuláris fekete lyukat’ hoz létre

Amikor a SLAC Nemzeti Gyorsító Laboratórium tudósai a világ legerősebb röntgen lézerét teljes intenzitással fókuszálták, egy meglepő dolog történt: Egy lézer impulzus a fókuszban lévő molekula legnagyobb atomjáról néhány elektron kivételével az összeset eltávolította, és az utánuk maradt űr elkezdet elektronokat vonzani magába a molekula többi részéről – mint ahogy egy fekete lyuk magába szívja a körülötte keringő anyagokat.

30 femtoszekundumon – egy milliárdod másodperc milliomod része – belül a molekula több mint 50 elektront veszített el – lényegesen többet mint amire a kutatók az előzetes kísérletek alapján számítottak – ezután pedig felrobbant.

A kísérlet eredményei segíthetik a tudósok jövőbeli munkáját a SLAC LCLS (Linac Coherent Light Source) röntgen szabad elektronos lézerén. Ezek a kísérletek, melyekhez ennyire magas intenzitás szükséges, például egységnyi biológiai minták – vírusok és baktériumok – nagy felbontáson történő megfigyelése, segíthetnek abban, hogy jobban megértsük hogyan reagál az anyag extrém körülmények között és az összetett molekulák töltésdinamikája is meghatározhatóvá válhat a használatával.

“Bármilyen típusú kísérletnél, ahol a röntgensugarakat egy mintára fókuszálják, fontos megérteni hogy a röntgensugarak hogyan reagálnak,” mondta Daniel Rolles, a Kansas Állam Egyetemről. “Ez a tanulmány megmutatja hogy meg tudjuk érteni és le is tudjuk modellezni a sugárzás következtében létrejövő sérüléseket a kis molekulákon, így meg tudjuk azt is határozni hogy milyen sérülést okoz más rendszereknél.”

A Rolles által vezetett kísérletben az LCLS Koherens Röntgen képkészítő berendezését használták. A berendezés a legnagyobb lehetséges energiát képes közvetíteni, úgynevezett kemény röntgensugarak formájában, és adatokat rögzít a mintáról mielőtt még a lézer tönkretenné azt.

Milyen intenzitásúak is ezek a röntgen impulzusok?

“Nagyából százszor olyan intenzitásúak, mintha a Földet érő összes napfényt egy körömnyi helyre fókuszálnánk,” mondta Sebastien Boutet, a tanulmány társszerzője.

A mostani tanulmányhoz a kutatók speciálisan kialakított tükröket vetettek be, hogy egy 100 nanométer – az emberi hajszálnál ezerszer vékonyabb – átmérőjű pontra fókuszálják a berendezés sugarait. Három mintát vizsgáltak: xenon atomokat (54 elektron) és két jódot (53 elektron) tartalmazó molekulát.

Az ilyen méretű atomoknak fontos szerepe van a biokémiai reakcióknál és több kutató is hozzáadja őket mesterségesen a mintákhoz, hogy ezzel felerősítse a kontrasztot a különböző képkészítési eljárásoknál. Azonban eddig még senki sem vizsgálta meg, hogy hogyan hat egy ilyen intenzitású sugár ezekre az atomokra.

A csapat úgy állította be a sugarakat, hogy azok először a xenon vagy jód atomok legbelsőbb elektronjait tépje ki, ezzel “üres atomokat” hozva létre. Korábbi kísérletek alapján a tudósok úgy gondolták, hogy a környező atomok lejjebb kerülnének majd, ezzel betöltve a megüresedést – és ismét kilökve őket a röntgensugarakkal. Így végül csak a legszorosabban megkötött elektronok maradnának meg, és ez is történt mindhárom esetben.

Azonban a molekuláknál a folyamat nem állt meg itt. A jód atomok – aminek erős pozitív töltése volt az elektronjainak az elvesztése miatt – folytatta a környező elektronok magába szívását a szomszédos szén és hidrogén atomokból.

Ahelyett hogy 47 elektront veszített volna – ami az izolált jód atom esetében történt volna – a jód a kisebb molekulába 54-et veszített el, amiben már a szomszédaitól szerzettek is benne voltak – ez már olyan szintű sérülés, amire a kutatók sem számítottak.

“Úgy gondoljuk, hogy a hatás még fontosabb volt a nagy molekulánál mint a kicsinél, de még nem tudjuk hogyan tudnák számszerűsíteni,” mondta Rudenko. “Becsléseink szerint több mint 60 elektron esett ki, de nem tudjuk pontosan, hogy mikor ért véget a folyamat mivel nem tudtunk minden elrepülő töredéket megvizsgálni miután a molekula szétesett, hogy meghatározzuk mennyi elektron is hiányzik.”

Forrás: nature.com

Szerkesztő: arsratio

Oszd meg

1 Hozzászólás

  1. Ez a második cikk, amit elolvasok, és már erősödik a gyanú bennem, hogy egy tudományos bullshitoldallal állok szemben.

    Ezzel az erővel egy mágnes is feketelyuk (egybeírandó, mert nem jelzős szerkezet), mert hát VONZ!

    válasz küldése

Hozzászólás küldése

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.

A honlap további használatához a sütik használatát el kell fogadni. További információ

A süti beállítások ennél a honlapnál engedélyezett a legjobb felhasználói élmény érdekében. Amennyiben a beállítás változtatása nélkül kerül sor a honlap használatára, vagy az "Elfogadás" gombra történik kattintás, azzal a felhasználó elfogadja a sütik használatát.

Bezárás