Как самый мощный рентгеновский лазер создает “молекулярные черные дыры”

Представьте, что будет, если весь солнечный свет, одномоментно падающий на нашу планету, сфокусировать на одном кусочке размером с ноготь. А теперь увеличьте интенсивность в 100 раз. Вот примерно на это способен самый мощный в мире рентгеновский лазер LCLS (Linac Coherent Light Source), расположенный в Национальной ускорительной лаборатории SLAC.

В качестве эксперимента ученые сфокусировали этот лазер на одной молекуле, и так родился новый феномен — молекулярная “черная дыра”, поглощающая все на своем пути.

Как самый мощный рентгеновский лазер создает “молекулярные черные дыры”
DESY/Science Communication Lab

Обстреливать молекулы лазерными лучами — идея не новая. К примеру, в ходе одного из аналогичных экспериментов физики стреляли более слабыми лазерами по молекулам йодметана, лишая их электронов.

Но когда то же самое попытались проделать с помощью более мощного лазера, результат получился неожиданным. Появилась голодная пустота, которая притянула к себе все электроны молекулы, а потом быстро взорвалась. 

Как объяснил тогда один из авторов Дэниэль Роллс из Университета штата Канзас (США), “внутри атома появился огромный заряд, и он притянул все вокруг”.

На весь процесс ушло меньше 30 фемтосекунд (миллиардных долей микросекунды). Молекула лишилась более 50 электронов, что превзошло все прогнозы ученых, ранее экспериментировавших с более слабыми лазерами.

Сперва команда провела эксперимент с одним атомом ксенона. С помощью зеркал они смогли сфокусировать рентгеновский луч на площади около 100 нанометров в диаметре (в 1000 раз меньше толщины человеческого волоса). Атомы ксенона закономерно лишались электронов, пока не оставались самые связанные электроны.

Но когда ученые провели аналогичный эксперимент с атомами йода в более крупных молекулах йодметана, лишенные электронов атомы начали притягивать электроны с соседних атомов углерода и водорода, стягивая их, как это делает черная дыра.

Каждый раз, когда атом воровал электроны, ученые стреляли в него лазером. В общем сложности атом потерял 54 электрона, хотя изначально у него было лишь 53.

Ученые повторили эксперимент с более крупной молекулой, но подсчитать потерянный электроны не получилось. Работа продолжается.

Вот такая вот “молекулярная черная дыра”.

— 
Статья была опубликована в июне 2017 года в журнале Nature.