Два года назад физики включили первый в мире лазер для сияния твердых рентгеновских лучей — богатые энергией, частицы короткой длины волны света должны были исследовать структуру на уровне атомов. Сияя в 10 миллиардов раз более яркий, чем какой-либо предыдущий источник рентгеновских лучей, Источник когерентного света линейного ускорителя (LCLS) может определить структуру кристаллов от образцов несколько миллимикронов через и исследовать изменения в материалах, имеющих место за одну миллионную наносекунды. Но LCLS за $410 миллионов не смотрит ничто как лазерный указатель, поскольку он полагается на ускоритель частиц 3 километра длиной для генерации рентгеновских лучей.
Теперь, физики сделали намного меньший лазер рентгеновских лучей, работающий намного больше как стандартный, который Вы могли бы нести вокруг в Вашем кармане.Новый атомный лазер рентгеновских лучей не заменит LCLS и другие основанные на акселераторе системы. Фактически, для создания атомной лазерной работы исследователи взорвали неоновые атомы с рентгеновскими лучами от самого LCLS.
Однако, результаты отмечают концептуальный триумф, выполняя 45-летнее предсказание, что такой атомный лазер рентгеновских лучей возможен. «Никто не сделал это прежде, и все знали, что кто-то должен был выйти и сделать это», говорит Филип Баксбом, директор Института ПУЛЬСА SLAC Ультрабыстрой энергетической Науки в Менло-Парке, Калифорния, кто не был вовлечен в работу. «Так здорово».В стандартном лазере атомы в, скажем, газе сидят между двумя зеркалами, одно единственное, частично рефлексивное.
Электроны в атоме могут занять подобные облаку квантовые состояния только определенных энергий и электрон, «взволнованный» в некотором роде от государства более низкой энергии до более высокой энергии, можно испустить радиацию определенной длины волны, когда это возвращается к ее исходному состоянию. Тот свет побуждает другие взволнованные атомы излучать фотоны в том же направлении как оригинал и в кванте, жестко регламентированном друг с другом — признак лазерного света.
Результатом такой «стимулированной эмиссии» является цунами света, сияющего через частично рефлексивное зеркало.До сих пор, однако, та схема не работала на генерацию света лазера рентгеновских лучей. Одновременно возбуждению требуются много атомов к очень богатым энергией, очень недолговечным государствам.
Это означает применять колеблющуюся сумму энергии за область единицы к образцу. Таким образом, LCLS полагается на различную схему. Физики запускают богатые энергией электроны через поезд магнитов, названных ондуляторами, заставляющими электроны шевелиться назад и вперед и излучить рентгеновские лучи.
Рентгеновские лучи тогда путешествуют вместе с электронами и выдвигают их в связки, исходящие намного более эффективно, чем отдельные электроны. Благодаря той обратной связи появляется чрезвычайно интенсивный взрыв света лазера рентгеновских лучей.Как ни странно, тот сильный пульс является просто вещью для генерации света лазера рентгеновских лучей от атомов, также, сообщите о Нине Рорингер из Max Planck Advanced Study Group в Мюнхене, Германия, Хорхе Рокки из Университета штата Колорадо в Форт-Коллинзе и коллег. Они сияли пульс от LCLS, поставляющих до 200 миллиардов мегаватт в течение нескольких миллионных частей наносекунды на неоновый газ.
Рентгеновские лучи разорвали бы наиболее плотно связанный электрон из атома, оставив массу атомов в очень энергичных государствах. Атом мог потерять свою энергию, когда другой из его электронов попал в свободное пятно и испустил рентгеновские лучи. Через стимулированную эмиссию, которая заставила бы другие атомы испускать рентгеновские лучи и создавать лазерный луч, сообщают исследователи сегодня по своей природе.
Физики выдумали основную схему в 1967. Но попробуйте, как они могли бы, у экспериментаторов (по крайней мере, те в гражданских лабораториях) никогда не было достаточного количества энергии выдвинуть его в режим рентгеновских лучей, говорит Роджер Фальконе, физик в Калифорнийском университете, Беркли.
Рорингер говорит, что она была взволнована, чтобы видеть, что схема работает. «Мы подпрыгивали и кричали», говорит она. «Я был взволнован в течение многих дней».Таким образом, каков классический атомный лазер рентгеновских лучей, хороший для? По сравнению с лучом LCLS луч от атомов имеет более точно определенную длину волны и лучшую синхронизацию среди фотонов.
Таким образом, это могло бы использоваться для спектроскопии точности и других заявлений, говорит Рорингер. Однако исследователи работают над другими способами стабилизировать луч LCLS, отмечает Фальконе. Атомный лазер позволяет исследователям генерировать два пульса рентгеновских лучей различных длин волны, которые могли использоваться для исследования материалов одновременно, говорит Рорингер.Атомный лазер рентгеновских лучей, возможно, был понят в 1980-х при различных обстоятельствах.
Как часть Стратегической оборонной инициативы президента Рональда Рейгана, исследователи в США пытались разработать ультрамощные лазеры рентгеновских лучей для стрельбы ядерных ракет, с помощью подземных ядерных взрывов для возбуждения атомов. Они, возможно, преуспели, но детали, вероятно, классифицируются, говорит Буксбаум. «Я думаю, что это было сделано, но я не думаю, что много известно об этом», говорит он. «Это не сделало бы очень хороший прибор для исследований».