LCLS røntgenlaser har tillatt fysikere å "katapultere" nesten alle elektronene til et enkelt atom i et molekyl og midlertidig omforme det til en miniatyranalog av et svart hull, og tiltrekke elektroner til seg selv med kraften fra det kosmiske motstykket, ifølge en artikkel publisert i tidsskriftet Nature.
© RIA Novosti / Alina Polyanina // DESY / Science Communication Lab
Kraften som elektronene ble tiltrukket av jodatom i dette tilfellet var mye større enn den som for eksempel ville bli generert av et svart hull med en masse på ti soler. I prinsippet er ikke gravitasjonsfeltet til noe svart hull med stjernemasse i stand til å handle på et elektron på en sammenlignbar måte, selv om det er veldig nær hendelseshorisonten, sier Robin Santra fra det tyske Synchrotron Center DESY.
Santra og kollegene skapte et lignende miniatyr svart hull ved å fokusere hele strålen på LCLS røntgenlaser, for tiden den kraftigste installasjonen i sitt slag i verden, på et punkt bare 100 nanometer bredt. Dette er tilnærmet lik lengden på et stort organisk molekyl og flere hundre ganger mindre enn bjelkebredden som vanligvis brukes i eksperimenter med slike utsendere.
Takket være dette nådde laserstrålens kraft ti milliarder gigawatt per kvadratcentimeter, og kom nær punktet der ultrarelativistiske effekter begynner å manifestere seg og lys begynner spontant å bli til materie og antimaterie.
Kollisjonen av en slik puls med enkeltatomer av xenon og jod, som vist ved de første eksperimentene fra fysikere, fører til at de mister praktisk talt alle elektronene sine og får en fantastisk høy oksidasjonstilstand - +48 eller +47, noe som resulterer i rekordhøy positiv ladning.
Forskere bestemte seg for å teste hvordan denne ladningen kan påvirke atferden til andre molekyler og atomer ved å kombinere jod med metan og etanmolekyler som er "transparente" for røntgenstråler og ikke reagerer på slike stråler.
Resultatene fra disse eksperimentene viste seg å være fantastiske - bestråling av slike molekyler med en laser i bare 30 nanosekunder førte til at jodatomer ble til et slags elektriske sorte hull øyeblikk etter at de ble gjennomboret av en røntgenstråle.
Salgsfremmende video:
Disse atomene, i motsetning til forskerne forventet, mistet mye mer elektroner - ikke 46 eller 47, men 53 eller 54 partikler. Prosessen stoppet ikke der, og jodatomene, som supermassive sorte hull, begynte å trekke på seg elektroner fra andre deler av molekylet, akselerere og "spytte ut" dem i form av bjelker som tilsvarer utslippene fra deres kosmiske "kusiner".
Som et resultat, disintegrerte hele jodometanmolekylet seg praktisk talt umiddelbart, og lever bare en billion sekund etter starten av laserbrannen. Noe lignende, som forskere tror, kan oppstå når levende organismer kommer i kontakt med røntgenstråler, og å studere denne prosessen vil hjelpe oss å forstå hvordan vi kan redusere eller nøytralisere skadene fra stråling.
Jodmetan er et relativt enkelt molekyl som hjelper oss å forstå hva som skjer med organiske molekyler når de blir skadet av stråling. Vi tror at denne reaksjonen skjer enda mer voldsomt i jodetan og andre komplekse molekyler, der jod kan avgi opptil 60 elektroner, men vi vet ennå ikke hvordan den kan beskrives. Å løse dette problemet er vårt neste mål, avslutter Artem Rudenko fra University of Kansas (USA), den første forfatteren av artikkelen.
