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