Физики превратили лазер XFEL в самый быстрый кипятильник на Земле
Российско-европейский рентгеновский лазер XFEL стал самым мощным и быстрым "кипятильником" Земли, разогрев воду до температуры в 100 тысяч градусов за десятую долю пикосекунды и превратив ее в экзотическую форму материи, ранее неизвестную ученым. Результаты опытов были опубликованы в журнале PNAS.
"Конечно, это не совсем обычный способ вскипятить воду. Обычно, когда мы нагреваем воду, ее молекулы просто нужно заставить "качаться" вверх и вниз все быстрее и быстрее. В нашем случае все происходит иначе - мощнейший пучок рентгена просто "сдувает" все электроны и разрушает все связи. Атомы начинают сильно отталкиваться друг от друга и двигаться с очень большой скоростью", - рассказывает Карл Кейлмэн (Carl Caleman) из университета Упсалы (Швеция).
В 2007 году Германия и ряд европейских стран приняли решение построить мощнейший рентгеновский лазер на свободных электронах XFEL, который позволит наблюдать за движением молекул в режиме реального времени, получать высококачественные фотографии биологических объектов и прикоснуться к сокровенным, самым "малым" и "быстрым" тайнам природы.
Проект European XFEL оценивается примерно в 1,2 миллиарда евро, в нем участвуют 12 стран. Россия присоединилась к нему в июле 2009 года. Россия выделяет на проект 306,4 миллиона евро, и только за последние три года была перечислена почти треть этой суммы - около 6,5 миллиарда рублей.
Кейлмэн и его коллеги использовали эту уникальную установку для создания новой формы материи из обычной воды, аналогов которой не существует ни на Земле, ни на других планетах или даже на звездах.
"С одной стороны, вода напрямую превращается в плазму в таких условиях, а с другой - у атомов просто нет времени, чтобы "разбежаться", и поэтому ее плотность остается прежней. Ничего подобного на Земле не существует. Эта субстанция чем-то похожа на плазму Солнца и материю Юпитера, но у нее плотность гораздо меньше. При этом, она намного горячее, чем центр ядра Земли", - добавляет Олоф Йонссон (Olof Jonsson), коллега Кейлмэна по университету.
Как отмечают ученые, уникальные свойства этой "новой воды" начинают появляться далеко не сразу - вода почти не меняется в первые 25 фемтосекунд (миллионных долей наносекунды) после начала ее обстрела XFEL, и только на 75 фемтосекунде структура ее молекул начинает существенным образом меняться.
Подобные сведения, как отмечает Йонссон, будут интересны в первую очередь биологам, а не физикам, так как любые образцы клеток и тканей содержат в себе воду и их ожидает примерно такая же судьба. Все это, как надеются ученые, поможет физикам улучшить четкость фотографий, получаемых XFEL, и создать методики, позволяющие получать изображения одиночных молекул.
