Мощнейший рентгеновский лазер мира превратил атом в "черную дыру"
Рентгеновский лазер LCLS позволил физикам "катапультировать" почти все электроны у одного атома в молекуле и временно превратить его в миниатюрный аналог черной дыры, притягивающей к себе электроны с силой ее космического собрата, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.
"Сила, с которой электроны притягивались к атому йода в данном случае, была гораздо большей, чем та, которую бы вырабатывала, к примеру, черная дыра с массой в 10 Солнц. В принципе, гравитационное поле любой черной дыры звездной массы не способно сопоставимым образом действовать на электрон, даже если его вплотную приблизить ее к горизонту событий", - рассказывает Робин Сантра (Robin Santra) из Немецкого синхротронного центра DESY.
Сантра и его коллеги создали подобную миниатюрную "черную дыру", сфокусировав весь луч рентгеновского лазера LCLS, пока самой мощной установки подобного рода в мире, на точке шириной всего в 100 нанометров. Это примерно равно длине крупной органической молекулы и в несколько сотен раз меньше ширины пучка, обычно применяющихся в опытах с подобными излучателями.
Благодаря этому мощность лазерного пучка достигла отметки в 10 миллиардов гигаватт на квадратный сантиметр, вплотную подобравшись к отметке, где начинают проявляться ультрарелятивистские эффекты и свет начинает спонтанно превращаться в материю и антиматерию.
Столкновение такого импульса с одиночными атомами ксенона и йода, как показали первые опыты физиков, приводит к тому, что они теряют фактически все свои электроны и приобретают фантастически высокую степень окисления - +48 или +47, в результате чего возникает рекордно высокий положительный заряд.
Ученые решили проверить, как этот заряд может повлиять на поведение других молекул и атомов, соединив йод с молекулами метана и этана, "прозрачными" для рентгена и не реагирующими на облучение подобными лучами.
Результаты этих опытов оказались фантастическими - облучение таких молекул лазером всего на протяжении 30 наносекунд привело к тому, что атомы йода в них превратились в своеобразные электрические "черные дыры" на мгновения после того, как их "прошил" рентгеновский пучок.
Эти атомы, вопреки ожиданиям ученых, потеряли гораздо больше электронов - не 46 или 47, а 53 или 54 частицы. На этом процесс не остановился, и атомы йода, подобно сверхмассивным черным дырам, начали перетягивать на себя электроны из других частей молекулы, разгонять и "выплевывать" их в виде пучков, похожих на выбросы их настоящих космических "кузенов".
В результате этого вся молекула йодметана фактически мгновенно дезинтегрировала себя после того, прожив всего триллионную долю секунды после начала ее обстрела лазером. Нечто подобное, как полагают ученые, может происходить при контакте живых организмов с рентгеновским излучением, и изучение этого процесса поможет нам понять, как можно снизить или нейтрализовать вред от радиации.
"Йодометан - относительно простая молекула, которая помогает нам понимать то, что происходит с органическими молекулами при их повреждении радиацией. Мы полагаем, что эта реакция протекает еще более бурно в йодэтане и других сложных молекулах, где йод может "выбрасывать" до 60 электронов, однако пока мы не знаем, как его можно описать. Решение этой задачи является нашей следующей целью", - заключает Артем Руденко из университета штата Канзас (США), первый автор статьи.
