Najpotężniejszy laser świata stworzył "molekularną czarną dziurę"
Czarna dziura to obiekt kosmiczny, który z pomocą swojej potężnej grawitacji pochłania wszystko, co znajduje się w jego otoczeniu. Tymczasem naukowcy z Kansas State University stworzyli "molekularną czarną dziurę", która zaczęła pochłaniać elektrony z sąsiednich atomów.
Eksperyment naukowy został przeprowadzony z pomocą Linac Coherent Light Source (LCLS) - najpotężniejszego na świecie lasera rentgenowskiego. Urządzenie emituje pulsy ekstremalnie jasnego rentgenowskiego światła laserowego, które trwają femtosekundy, tj. biliardowe części sekundy. Powstaje przy tym wystarczająca energia, aby przeciąć stal.
W przeszłości laser LCLS posłużył do stworzenia mini-gwiazdy w warunkach laboratoryjnych. W trakcie najnowszego eksperymentu powstała "molekularna czarna dziura", która zachowywała się niczym te masywne obiekty w kosmosie. Naukowcy byli zaskoczeni wynikami swoich badań.
Z pomocą luster skupiono promienie rentgenowskie na punkcie o szerokości 100 nanometrów. Intensywne impulsy światła skoncentrowano na trzech próbkach - pierwsza zawierała pojedyncze atomy ksenonu (każdy zawierał po 54 elektrony), zaś w drugiej i trzeciej znajdowały się dwa rodzaje molekuł z pojedynczymi atomami jodu zawierającymi 53 elektrony. Naukowcy chcieli sprawdzić, jak ciężkie atomy zareagują na potężną wiązkę rentgenowskiego światła laserowego, które posiada 100 razy większą intensywność od całego światła słonecznego padającego na Ziemię, skupionego na paznokciu kciuka.
Ekspozycja atomu jodu na potężny laser sprawiła, że stracił on ponad 50 elektronów w ciągu 30 femtosekund. Powstała pustka przypominająca czarną dziurę, która zaczęła przyciągać elektrony z pobliskich atomów, które również ulegały zniszczeniu, po czym molekuła ostatecznie uległa rozpadowi.
"Uważamy, że zjawisko to było ważniejsze w dużych molekułach niż w małych, ale jeszcze nie wiemy, jak to wszystko sklasyfikować. Szacujemy, że ponad 60 elektronów zostało wyrzuconych z orbit, ale nie wiemy w którym miejscu proces ten zatrzymał się, ponieważ nie potrafiliśmy wykryć wszystkich fragmentów, które odrywały się od molekuły gdy sama molekuła uległa rozpadowi i nie wiemy, czego jej brakowało. To jedna z kwestii, które wymagają kolejnych badań" – powiedział Artem Rudenko, główny autor badania.
Z pomocą LCLS naukowcy mogą prowadzić badania, aby powiększyć swoje zasoby wiedzy na temat fizyki cząstek elementarnych, fotosyntezy, fuzji jądrowej, spintroniki i nie tylko. Przeprowadzane eksperymenty pozwolą również na modernizację obecnego urządzenia w ramach projekt LCLS-II. Ulepszony laser rentgenowski będzie mógł emitować impulsy światła z jeszcze większą częstotliwością ze 120 impulsów do miliona impulsów na sekundę.
