Учёным удалось получить с помощью лазера на свободных электронах импульсы жёсткого рентгеновского излучения длительностью всего в 200 аттосекунд (1 аттосекунда = 10¯¹⁸ секунды). Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.
Аттосекундные импульсы вызывают повышенный интерес у исследователей в связи с тем, что с их помощью можно «сфотографировать» электроны в процессе их движения в ходе химических реакций. До сих пор такие короткие импульсы удавалось получать только в ультрафиолете при облучении мощными инфракрасными лазерами газов или поверхности металлов. Однако ультрафиолет не обладает достаточным пространственным разрешением, чтобы с его помощью можно было увидеть отдельную молекулу — для этого нужен рентген.
С другой стороны, рентгеновские аттосекундные импульсы, получавшиеся до этого, были слишком слабы, чтобы с их помощью можно было получить какие-либо изображения. В новой работе решили пойти другим путём и использовать для этих целей лазер на свободных электронах LCLS, расположенный в Стэнфордской ускорительной национальной лаборатории SLAC. До этого на этом лазере удавалось получать рентгеновские импульсы длительностью не меньше нескольких фемтосекунд (1 фемтосекунда = 10¯¹⁵ секунды) — то есть в десятки раз больше, чем требуется.
В лазерах на свободных электронах излучение генерируется пучком электронов, которые сначала ускоряются в радиочастотных резонаторах, затем сжимаются в специальных магнитах, и посылаются в так называемые ондуляторы — системы магнитов с переменной полярностью, в которой электроны двигаются по зигзагообразным траекториям. Именно в ондуляторах и происходит генерация излучения.
Длительность импульсов, которые получаются в ондуляторе, определяются длиной влетающего пучка электронов, поэтому для её уменьшения необходимо было научиться сильнее сжимать электронный пучков после ускорения. В 2014 году учёные показали, как это можно сделать, настроив специальным образом ускоряющие резонаторы и сжимающую магнитную систему.
Идея заключалась в том, чтобы не пытаться получить самый короткий из возможных пучок, в изменить его профиль так, чтобы он представлял собой очень короткий плотный сгусток и относительно длинный хвост малой плотности. Тогда в ондуляторе излучение от плотной части пучка будет доминировать, и на выходе получится ультракороткий всплеск рентгена
Эта идея и была реализована в эксперименте. Соптимизировав напряжение в радиочастотных резонаторах и заряд ускоряемых пучков, учёным удалось сгенерировать на выходе импульсы длительностью 200 ас для фотонов с энергией 5,6 кэВ и 9 кэВ.
К достоинствам продемонстрированной схемы относится то, что она не требует установки дополнительного оборудования и может работать в разных частотных диапазонах, так что проблем с её внедрением и на другие аналогичные установки быть не должно.
Читайте также
Как хранить рентгеновские фотоны?
Новая технология поверхностной рентгеновской спектроскопии субнанометрового разрешения
Лазер превратил воду в экзотический лёд
Подписывайтесь на мой телеграм-канал
