O.S.E.L. - Výstřel nejsilnějšího rentgenového laseru stvořil „molekulární černou díru“
 Výstřel nejsilnějšího rentgenového laseru stvořil „molekulární černou díru“
Co se stane, když extrémním laserovým paprskem tvrdého rentgenového záření zasáhnete malou organickou molekulu? Pozorovali to vědci ve SLAC National Accelerator Laboratory.

 

Molekulární černá díra. Kredit: DESY/Science Communication Lab.
Molekulární černá díra. Kredit: DESY/Science Communication Lab.

 

Černé díry jsme sice vlastně původně objevili v rovnicích Einsteinovy relativity, ale obvykle je naháníme po obloze. Mohou vznikat zhroucením velkých hvězd anebo sedí jako nepředstavitelně velká monstra v nitru galaxií. Každopádně bývají hodně daleko. Fyzikům to je samozřejmě líto a poohlížejí se po jevech, které by měly s černými děrami byť jenom něco málo společného a přitom by byly dostupnější našemu zkoumání. Teď si připsali pozoruhodný úlovek, když vystřelili s nejvýkonnějšího rentgenového laseru světa a pozorovali, jak to dopadlo.

 

Daniel Rolles. Kredit: KSU.
Daniel Rolles. Kredit: KSU.

Daniel Rolles z Kansaské Státní univerzity a jeho početní spolupracovníci si hráli se zařízením Coherent X-ray Imaging (CXI) v Linac Coherent Light Source (LCLS), který je součástí laboratoří SLAC National Accelerator Laboratory. Jeho rentgenový laser je nejvýkonnější na světě. Veškerou jeho sílu, na plný výkon, odpálili do malé molekuly, konkrétně jodmethanu. A pak se děly věci. Nakonec z toho byl článek v Nature.


Během 30 femtosekud, což je opravdu extrémně krátký okamžik, přišla cílová molekula zřejmě o více než 60 elektronů. To je daleko vyšší počet, než kolik badatelé očekávali na základě dřívějších experimentů s méně intenzivními laserovými paprsky nebo izolovanými atomy. Jistý atom molekuly, shodou okolností atom jódu, přišel o většinu elektronů a stalo se něco zvláštního. Vznikla prázdnota, která začala přitahovat elektrony ze zbytku molekuly. Jako když maličká černá díra přitahuje okolní hmotu. Pak dotyčná molekula dle očekávání explodovala.

 

Část zařízení Coherent X-ray Imaging (CXI). Kredit: SLAC.
Část zařízení Coherent X-ray Imaging (CXI). Kredit: SLAC.

Molekulární černá díra, to je samozřejmě jenom nadsázka, i když pěkná. Nešlo o gravitační singularitu, Rollesův tým ale i tak dělal úžasné věci. Představte si, že koncentrujete veškerou sluneční záři, která dopadá na povrch Země, na plošku velikosti nehtu. A ještě to vynásobte 100. Tohle umí zařízení CXI, když jede na plný výkon. Badatelé v tomto případě pomocí speciálních zrcadel soustředili ultraintenzivní rentgenový paprsek na plošku o průměru cca 100 nanometrů.

 

SLAC National Accelerator Laboratory.
SLAC National Accelerator Laboratory.

Proč je tolik rozruchu kolem žhavení molekuly extrémním rentgenovým paprskem? Podobné experimenty umožňují zobrazovat biologické objekty, jako třeba bakterie nebo viry v extrémním rozlišení. Také lze s jejich pomocí studovat chování hmoty za extrémních podmínek nebo lépe pochopit uspořádání elektrických nábojů v komplexních molekulách a jejich změny v čase.


Jak říká Rolles, když někdo ve výzkumu ozařuje intenzivním paprskem tvrdého rentgenového záření vzorky, tak by pochopitelně rád předem tušil, co může očekávat a co se stane se vzorkem. Rolles a spol. prozkoumali chování částic po zásahu takovým extrémním paprskem v relativně malé molekule. Teď budeme moct předpovídat reakce a poškození větších molekul v podobné situaci.

Video:  Coherent X-Ray Imaging (CXI) Instrument

 

 

Video:  Installation of CXI Detector



Literatura
SLAC National Accelerator Laboratory 31. 5. 2017, Nature 546: 129-132.


Autor: Stanislav Mihulka
Datum:04.06.2017