Профессор Научно-исследовательского института ядерной физики имени Д.В. Скобельцына (НИИЯФ) МГУ имени М.В. Ломоносова и его зарубежные коллеги впервые определили физические параметры ультракоротких рентгеновских лазерных импульсов с высоким временным разрешением. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Photonics.
Исследователи провели серию уникальных экспериментов и определили энергетические и временные характеристики импульсов рентгеновских лазеров на свободных электронах. Излучение в таких лазерах генерируется пучком релятивистских (движущихся со скоростью, сравнимой со скоростью света) электронов. Они проходят через ряд расположенных специальным образом магнитов и тем самым теряют часть своей энергии, которая и превращается в лазерное излучение. Благодаря использованию этой технологии учёным удалось получить сверхмощные ультракороткие рентгеновские импульсы.
«Рентгеновские лазеры на свободных электронах предоставляют уникальную возможность для исследования структуры атомов, молекул, в том числе биологических, и твёрдых тел, а также возможность изучить динамику атомно-молекулярных процессов и их развития во времени с беспрецедентной точностью. Для реализации этих возможностей необходимо знать параметры импульсов, в том числе временные параметры, такие как длительность, временная структура импульса и время прихода импульса на мишень», — рассказал Николай Кабачник, один из авторов исследования, ведущий научный сотрудник отдела физики атомного ядра НИИЯФ МГУ.
Чтобы определить параметры лазерного излучения, учёные использовали метод угловой развёртки импульса. В экспериментальной установке лазерные импульсы попадали на атомы неона, под действием этого излучения атомы теряли часть своих электронов. Освободившиеся электроны попадали во вращающееся (циркулярно-поляризованное) поле инфракрасного излучения. В результате взаимодействия с полем электроны изменяли свою энергию и угловое распределение (зависимость интенсивности пучка электронов от угла). Измеряя эти характеристики, учёные сделали выводы о структуре и свойствах изначального лазерного импульса.
В современных рентгеновских лазерах на свободных электронах отдельные импульсы отличаются по своим параметрам (энергией, длительностью, интенсивностью и так далее) и поэтому описываются лишь статистически, то есть усреднением характеристик по большому числу импульсов. Однако методика, представленная авторами работы, позволяет измерить характеристики для каждого отдельного импульса. Теоретическое описание процесса было предложено профессором Николаем Кабачником и его коллегой профессором Андреем Казанским (ДИФЦ, Сан Себастьян).
«Этот метод был теоретически обоснован в наших предыдущих работах. Его реализация интернациональной группой физиков делает возможным определение параметров единичных импульсов рентгеновских лазеров на свободных электронах с аттосекундным разрешением (1 аттосекунда – это одна миллиардная часть миллиардной доли секунды), что открывает путь для экспериментов по изучению развития сверхбыстрых молекулярных процессов во времени», — пояснил учёный.
В работе учёные использовали в качестве мишени простейшую систему, атомы неона, однако проведённое исследование может стать основой для аналогичных экспериментов на значительно более сложных объектах, например, на молекулах, участвующих в фотосинтезе. Знание деталей фотовозбуждения (начальной стадии фотосинтеза) будет способствовать лучшему пониманию этого важнейшего, но ещё недостаточно изученного процесса. Детальное исследование развития фотоионизации во времени может позволить увеличить эффективность солнечных батарей, а также способствовать созданию более быстрых компьютерных чипов.
В работе приняли участие учёные из Национальной ускорительной лаборатории SLAC (США), Бернского университета (Швейцария), Немецкого электронного синхротрона DESY(Германия), Университета г. Касселя (Германия), Мюнхенского технического университета (Германия), Европейского рентгеновского лазера на свободных электронах, Стэнфордского университета (США), Гётеборгского университета (Швеция), Qamcom Research & Technology AB (Швеция), Колорадского университета в Боулдере (США), Университета Страны Басков (Испания), Международного физического центра Доностии (Испания), фонда Ikerbasque (Испания), Института квантовой оптики общества Макса Планка (Германия) и Мюнхенского университета имени Людвига Максимилиана (Германия).
По информации https://scientificrussia.ru/news/professor-mgu-s-zarubezhnymi-kollegami-izmeril-harakteristiki-sverhkorotkih-rentgenovskih-impulsov
Обозрение "Terra & Comp".
