خلق سیاه‌چاله مولکولی توسط قدرتمندترین لیزر پرتو ایکس دنیا

به تازگی این لیزر با متمرکز کردن شدیدترین پرتو ایکس خود بر روی یک اتم، نوعی "سیاهچاله مولکولی" خلق کرده است.

لیزر LCLS  قادر است تصاویری با وضوح بالا از ویروس‌ها، باکتری‌ها، پروتئین‌ها و مولکول‌ها ارائه دهد. این فناوری از پالس‌های پرتو ایکس شفاف برای منفجر کردن اشیا استفاده می‌کند و این پالس‌ها فقط چند فمتوثانیه (حدود یک میلیون-میلیاردم ثانیه) دوام می‌آورند و انرژی بالایی تولید می‌کنند که فولاد را هم سوراخ می‌کند.

بررسی اشیا میکروسکوپی با لیزر LCLS  می‌تواند درک دانشمندان از فیزیک ذرات، تولید داروها، فتوسنتز، همجوشی هسته‌ای و اسپینترونیک (علم استفاده از الکترون برای ذخیره اطلاعات) را ارتقا دهد.

"سیاه‌چاله مولکولی" ایجادشده در واقع، محصول فرعی و غیر منتظره آزمایش‌هایی است که دانشمندان دانشگاه ایالتی کانزاس در امریکا انجام دادند.

 تیم علمی از آینه‌ها برای متمرکز کردن پرتو اشعه لیزر بر روی نقطه‌ای با عرض 100 نانومتر استفاده کرد. این نقطه، 100 برابر کوچک‌تر از نقاطی بود که  پرتو LCLS  معمولا هدف قرار می‌دهد.

این پروژه به منظور آزمایش کردن بررسی واکنش ‌اتم‌های سنگینی انجام شد که با پرانرژی‌ترین پرتوهای اشعه ایکس LCLS  بمباران شدند.

 

 

دانشمندان با این میزان انرژی مهار شده، اتم‌های زنون (هر یک از این اتم‌ها حاوی 54 الکترون هستند) و اتم‌های ید (هر یک از این اتم‌ها دارای 53 الکترون هستند) را هدف قرار دادند؛ آن‌ها انتظار داشتند داخلی‌ترین الکترون‌های موجود در هر اتم از آن کنده شوند و "اتم‌های تهی" خلق شوند، پیش از این که الکترون ‌های هر لایه اتم سرازیر شوند و این گسست‌ها را پر کنند.

این اتم‌های تهی سپس توسط اشعه ایکس بعدی بمباران شدند و فقط چسبناک‌ترین الکترون‌ها بر جای ماندند. این همان چیزی بود که برای اتم های زنون (که ایزوله شده بودند) رخ داد اما درباره ید این اتفاق نیفتاد.

اتم‌های ید بخشی از دو مولکول متفاوت بزرگ‌تر بودند بنابراین زمانی که الکترون از دست دادند، به نوعی "سیاهچاله مولکولی" تبدیل شدند که کربن و اتم‌های هیدروژن مجاورشان را به سمت خود می‌کشیدند تا خلا بر جای مانده را پر کنند.

این آزمایش دانشمندان را بر آن داشته از لیزر پرتو ایکس LCLS  برای بررسی سیستم‌های پیچیده‌تر استفاده کنند. این دستاورد دارای فواید مهمی برای محققانی خواهد بود که به دنبال دستیابی به پروضوح‌ترین تصاویر از مولکول‌های زیستی جهت تولید داروهای بهتر هستند.

این آزمایش ها همچنین منجر به تولید نسل جدیدی از ابزارها  برای انجام پروژه به روزرسانی LCLS-II  خواهد شد؛ این به روز رسانی نرخ تکرار پرتاب پالس لیزر را از 120 پالس در ثانیه به یک میلیون پالس در ثانیه خواهد رساند.

جزئیات این دستاورد مهم علمی در Nature منتشر شد.