Neděle, Leden 20

Ve Stanfordu vytvořili vědci dosud nejsilnější a nejpřesnější rentgenové laserové pulsy

Laserový systém LCLS: komora, v níž se "svítilo" na hliníkovou fólii. Uprostřed je uchycena, vlevo se nachází spektrometr, který sleduje celé dění, laserový paprsek vpravo je zaměřovač.

Vědci z americké Stanfordské univerzity zlomili hned dva rekordy ve světě laserů: vytvořili dosud nejsilnější a nejpřesnější laserové paprsky o vyšších rentgenových frekvencích. Jejich článek byl před týdnem publikován v časopisu Nature.

Nejsilnějších rentgenových pulsů se mezinárodnímu týmu pod vedením profesora Justina Warka z Oxfordské univerzity podařilo dosáhnout na systému LCLS (Linac Coherent Light Source). Zamířili paprsek na velmi tenkou hliníkovou fólii a dokázali ji zahřát na teplotu okolo 2 milionů stupňů Celsia, čímž z ní udělali takzvané horké husté plazma, vyskytující se ve vnitřních vrstvách hvězd. Jde o první rentgenový laser, který dokáže proniknout pevným kovem a „prosvítit“ jej. Obyčejné světlo to nezvládne, neboť vodič snižuje intenzitu prostupujících elektromagnetických vln na nulu (z tohoto důvodu jsou všechny kovy v pevném stavu neprůhledné a lesklé).

Hlavním přínosem experimentu je, že posunul hranice možností práce s extrémními stavy látky. Není příliš obtížné vytvořit plazma z plynů a studovat jej pomocí běžných laserů nebo jiných zařízení. Zatím však nebyly k dispozici prostředky, jak totéž provést s  pevnými kovy a zkoumat, jak se chovají při extrémních změnách teploty, což otevírá například nové možnosti výzkumu stavů vesmíru krátce po Velkém třesku nebo ve vnitřních vrstvách hvězd.

Nejčistší (ve smyslu co nejmenšího rozptylu frekvencí – normální lasery, nemluvě o jiných zdrojích světla, vysílají v určitém rozmezí frekvencí) pulsy se podařily týmu pod vedením Niny Rohringerové z německého Institutu Maxe Plancka. Využili k tomu výše zmíněný systém LCLS, rentgenový paprsek z něj nasměřovali na kapsulu obsahující neon. Laser excitoval elektrony v neonovových atomech a ty pak z vysoce excitovaného stavu „spadly“ na stav o nižší energii a vyzářily přitom fotony o vyšší frekvenci, než byl původní puls (ve skutečnosti je přesný popis dějů v laseru mnohem komplikovanější a je záležitostí kvantové mechaniky, ale zhruba to platí). Tento nový paprsek je sice méně intenzivní, než původní, ale má vyšší energii záření (paprsky X oproti rentgenovým) a je ve větší míře monochromatický.

Využití se přímo nabízí v chemii a biologii. Rentgenovými pulsy lze sledovat chemické reakce téměř v reálném čase díky schopnosti pronikat hmotou (leč na velmi krátkou dobu, než se obrovským žárem celá odpaří) a velmi přesně určit použitou frekvenci. Takto lze zkoumat například dění v živých buňkách na úrovni jednotlivých chemických pochodů, což je dnes velmi obtížný úkon.

LCLS patří mezi takzvané lasery na volných elektronech (free-electron laser), pro vytvoření pulsu používá urychlovač částic. Elektrony jsou urychleny téměř k rychlosti světla a procházejí systémem magnetických dipólů, které jsou uspořádany tak, že elektrony opisují křivku, blízkou k sinusoidě o přesně předepsaných parametrech. Vyzařuje přitom rentgenové záření, které lze odčerpávat a zaměřovat. Jeho hlavní využití tkví především v možnosti „fotografovat“ látku na úrovni atomů, lze tak například zkoumat strukturu biologických molekul (pomocí rentgenové difrakce byla rozluštěna struktura DNA).

Zdroj: Stanford.edu

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.