Saniyenin Milyarda Birinin Milyonda Biri Kadar...
Bilim insanları, yeni bir teknikle X-ray serbest elektron lazerlerinde, önemli ölçüde, daha iyi çözünürlük elde ediyor.
Sert X-ışını serbest elektron lazerlerinden (XFEL'ler) gelen yoğun, ultra kısa X-ışını darbeleri, biyolojik yapıların görüntülerini atom ölçeğine kadar yakalayabilir ve yalnızca bir femtosaniye, bir milyonda bir deklanşör hızıyla doğadaki en hızlı süreçlere ışık tutabilir. Saniyenin milyarda biri kadar hızlı…
Bununla birlikte, bu minik zaman ölçeklerinde, numunede bir reaksiyona neden olan X-ışını sinyalini, reaksiyonu gözlemleyen takip darbesi ile senkronize etmek son derece zordur.
Zamanlama titremesi olarak adlandırılan bu sorun, bu XFEL deneylerini her zamankinden daha iyi çözünürlükle gerçekleştirmenin önünde büyük bir engeldir.
SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı, Max Planck Maddenin Yapısı ve Dinamikleri Enstitüsü, Deutsches Elektronen-Senkrotron Laboratuvarı ( DESY ) ve Paul Scherrer Enstitüsü'nden araştırmacıları içeren uluslararası bir ekip, bu soruna bir çözüm buldu, SLAC'ın Linac Coherent Light Source'ta (LCLS) neon gazında temel bir bozulma sürecini ölçerek.
Titreşimleri Sallamak
Pek çok biyolojik sistem ve biyolojik olmayanlar bir XFEL'den gelen bir X-ışını darbesiyle uyarıldığında zarar görür. Hasarın nedenlerinden biri, Auger bozunması olarak bilinen bir süreçtir: X-ışını darbesi, fotoelektron adı verilen en sıkı bağlanmış elektronların bazılarını numunedeki atomlardan çıkarır ve daha zayıf bağlanmış elektronlar onların yerine düşer.
Bu "gevşeme" süreci enerji açığa çıkarır ve bir Auger elektronu olarak bilinen başka bir elektronun yayılmasına neden olabilir.
Yoğun X-ışınlarından kaynaklanan radyasyon ve Auger elektronlarının sürekli emisyonu numuneye hızla zarar verebilir. Bu hasarı azaltmak için, çürüme başlamadan önce ölçümler alınmalıdır, bu nedenle bozulma zaman ölçekleri hakkında kesin bilgi değerlidir. Ancak, zamanlama seğirmesi nedeniyle, XFEL'lerde bu tür hızlı bozunma süreçlerini çözmek genellikle mümkün değildir.
Max Planck'ta doktora öğrencisi olan baş yazar Dan Haynes, "Kamera deklanşörünün son 10 saniyede herhangi bir anda çalışabileceği bir yarışın sonunu fotoğraflamaya çalışmak gibi" diyor.
Titreşim problemini aşmak için araştırma ekibi, Auger bozunmasının grafiğini çizmenin oldukça kesin bir yolunu buldu ve yöntemlerini neon gazı örnekleri üzerinde gösterdi.
Bir dizi ilham
Yeni teknik, yayılan elektronların "şeritli" bir lazer darbesinin elektrik alanı tarafından hızlandırıldığı veya yavaşlatıldığı yerleşik spektroskopi yöntemlerine dayanmaktadır. Bu yöntemde, XFEL darbesi işlemleri başlatır ve çizgi atan darbe onları gözlemlemek için bir prob görevi görür. Normalde, zamanlama seğirmesi bu tekniğin XFEL'lerde çözünürlüğünü kısıtlar.
Araştırmacılar, hem fotoelektronları hem de Auger elektronlarını harici bir şeritli lazer darbesine maruz bıraktıktan sonra, on binlerce bireysel ölçümün her birinde nihai kinetik enerjilerini belirlediler. Auger elektronları fotoelektronlardan daha sonra yayıldıklarından, aynı zamanda lazer darbesiyle etkileşime giriyorlar ve bu tutarlı fark, araştırmacıların iki tip elektronu birbirinden ayırt etmesine olanak tanıyor.
Araştırmacılar, tekniğin ultra hızlı bilim alanında daha geniş bir etkiye sahip olacağından umutlu. Ek olarak, Auger bozunması, yalnızca XFEL'lerde araştırılabilen egzotik, oldukça heyecanlı madde durumlarıyla ilgili çalışmalarda kilit bir faktördür.
Kaynak:
https://scitechdaily.com/clocking-the-movement-of-electrons-inside-an-atom-down-to-a-millionth-of-a-billionth-of-a-second/
Referans:
DC Haynes, M. Wurzer, A. Schletter, A. Al-Haddad, C. Blaga, C. Bostedt, J. Bozek, H. Bromberger, M. Bucher, A. Camper, S tarafından "Clocking Auger elektronları" Carron, R. Coffee, JT Costello, LF DiMauro, Y. Ding, K. Ferguson, I. Grguraš, W. Helml, MC Hoffmann, M. Ilchen, S. Jalas, NM Kabachnik, AK Kazansky, R. Kienberger, AR Maier, T. Maxwell, T. Mazza, M. Meyer, H. Park, J. Robinson, C. Roedig, H. Schlarb, R. Singla, F. Tellkamp, PA Walker, K. Zhang, G. Doumy, C. Behrens ve AL Cavalieri, 18 Ocak 2021, Doğa Fiziği .
DOI: 10.1038 / s41567-020-01111-0