世界上最强大的X射线激光产生分子“黑洞”

 

X射线闪光从碘原子（右）中敲出许多电子，使得它像黑洞的电磁型一样吸引甲基（左）的电子，最后将其喷出。信用：DESY /科学通讯实验室
世界上最强大的X射线激光器创造了一个分子“黑洞”。
黑洞不是一个极小的版本的超大质量的天体，吞噬了事件视界内的一切。相反，当X射线能量瞄准分子时，它消除了许多电子，它产生了空穴，然后从黑洞的方式吸收附近原子的所有电子。
研究合着者Sebastien Boutet，加利福尼亚州门洛帕克SLAC国家加速器实验室的物理学家说：“它基本上吸收了远离周围环境的所有电子。 “这是一个黑洞如何重力地拉扯一切的类比。” [最亮的X射线激光“炫耀”水滴在令人惊叹的视频]
分子黑洞效应是由于其最强烈的X射线束而产生的 - 相当于将所有太阳的光聚焦到缩略图的大小上。强大的梁
实验依赖于SLAC的线性相关相干光源X射线自由电子激光器，其产生称为硬X射线的极高能量的激光脉冲。然后，Boutet及其同事使用一系列镜子将X射线能量聚焦到直径约100纳米的点上。 （人的头发约7万纳米，其中1纳米是十亿分之一米）
然后，这些聚焦的激光脉冲照射了分离的氙原子和碘甲烷（CH 3 I）和碘苯（C 6 H 5 I）的分子。强烈的能量被调整，使得X射线首先从碘原子的最内层的能量壳中剥离电子。 （电子围绕贝壳中的原子核或轨道旋转，具有不同的能级）首先，一切都按预期行事：像弹珠一样，外部电子从最外面的电子轨道级联到最内层的壳体中，被X射线脉冲喷射。
虽然戏剧性，但是这个初步的过程是预期的。然而，X射线脉冲不仅消耗了碘电子的外壳：通常含有53个电子的碘原子继续从分子中的相邻碳和氢原子吸取电子，之后它们被剧烈地喷射为好。总而言之，碘分子损失了54个电子 - 多于最初开始的原子。
整个过程发生在30飞秒，或者是十几十分之一秒。在这个巨大的级联结束时，分子爆炸了。理论上简单，不实际
研究结果表明，物理学家过去使用的一些基本模型可能缺乏X射线激光脉冲的影响，Boutet说。
Boutet告诉Live Science，“即使是相对简单的六原子系统，最终也是非常有挑战性的，以预测损坏是如何发生的。”
他的研究结果可以帮助科学家更好地模拟强大的激光脉冲所产生的辐射损伤，这些激光脉冲通常被用来观察复杂的有机分子，如病毒，酶和细菌。
虽然支撑分子黑洞的过程是戏剧性的，但在地球上可能从未发生过。
“有一些天体事件将创造出这些激烈的领域，如超新星，”Boutet说。 “在我们人类遇到的任何地方都不会自然而然地发生。”
研究结果于今日（五月三十一日）刊登在“自然”杂志上。