"Crna rupa" nastala u molekuli

Zapis: Rendgenske bljeskalice prvi put stvaraju 54-puta pozitivno nabijenu molekulu

Rendgenska bljeskalica tuče toliko elektrona iz atoma joda (desno) da usisava elektrone metilne skupine poput svojevrsne elektromagnetske crne rupe. © DESY / Znanstveno-komunikacijski laboratorij
čitati naglas

Gigantske sile u najmanjim prostorima: Pomoću rendgenskih bljeskova istraživači su prvi put stvorili molekulu sa 54-puta pozitivnim nabojem - rekord u ionizaciji svjetlosti. U tom procesu, atom u molekuli nakratko je postao elektromagnetska "crna rupa": njegov ekstremni naboj privlačio je elektrone iz okolne molekule više nego što je gravitaciona sila zvjezdane crne rupe mogla, kao što to navode istraživači u časopisu "Nature".

Kad se atom zrači visokoenergetskim X-zrakama, fotoni izbacuju elektrone iz atomske ljuske - atom je ioniziran. Ovaj postupak daje vrijedan uvid u strukturu atoma i njegovu ljusku. Međutim, samo je u nekoliko slučajeva moguće ukloniti veliki dio svojih elektrona iz atoma. Međutim, ekstremna ionizacija događa se i na horizontu događaja crne rupe - pri "posljednjem kriku" materije.

54 puta pozitivno nabijeno

Artem Rudenko sa Državnog sveučilišta Kansas i njegovi kolege postavili su novi rekord u ionizaciji svjetlom. Po prvi put uspjeli su odvojiti 54 od 62 elektrona iz ekstremno visokoenergetskih rendgenskih bljeskova, molekule jodmetana (CH3I). Rezultat je bila molekula s 54x pozitivnim nabojem - novi rekord.

"Prema našim saznanjima, ovo je najviša ionizacija koja je ikada postignuta svjetlošću", kaže koautor Robin Santra iz Njemačke elektronske sinkrorone (DESY). On i njegove kolege koristili su Linac koherentni izvor svjetla (LCLS) u američkom ubrzavajućem centru SLAC u Kaliforniji za svoj eksperiment. Ovaj rendgenski laser može proizvesti visokofokusirane, ultra kratke rendgenske bljeskove intenziteta od 100 četvornih milijardi kilovata po kvadratnom centimetru.

Atom joda u jodometanu prvi reagira. javna domena

Jači od crne rupe

Zapisna ionizacija događa se u dva koraka: Ako takav bljesak pogodi molekulu jodometana, elektroni joda prvo reagiraju: "Metilna skupina CH3 je gotovo slijepa za zračenje rendgenskih zraka", objašnjava rt Santra. "Rendgenski bljesak u početku lišava atoma joda od pet do šest njegovih elektrona."

Ovo stvara snažan pozitivan naboj na atomu joda koji sada usisava elektrone okolne molekule munje brzo i s ekstremnom silom. Kako objašnjavaju istraživači, ova je elektromagnetska privlačnost još jača od one crne rupe od deset milijuna. "Takva istinska crna rupa ne bi mogla pokazivati ​​razmjerno veliku silu svojom gravitacijskom silom na elektron, bez obzira koliko se blizu elektrona doveo u crnu rupu", kaže Santra.

Munja brza lančana reakcija

Kao rezultat ove ogromne sile, ostali atomi u molekuli jodometana sada gube elektrone. Za manje od trilijuna sekunde događa se lančana reakcija tijekom koje jodometan uklanja do 54 od svoja 62 elektrona. Izvađeni elektroni se katapultiraju pomoću rendgenske bljeskalice.

Pogled u tunel za neulator LCLS-a - tu se stvaraju izuzetno brzi i svijetli rendgenski bljeskovi. SLAC Nacionalni akceleratorski laboratorij

"Na taj se način izuzetno pozitivan naboj akumulira unutar desetine milijarde metra. To je ono što zabrljava molekulu ", objašnjava koautor Daniel Rolles iz tvrtke DESY. Istraživači su uspjeli rekonstruirati te procese tijekom ultra brzog procesa po prvi put uz pomoć posebnog računalnog programa.

"Sasvim drugačiji od izoliranih atoma"

"Naša otkrića jasno pokazuju da se interakcija ultraintenzivnih, tvrdih X-zraka s molekulama bitno razlikuje od onih izoliranih atoma", napominju istraživači. Što se tamo događa može se razumjeti i opisati samo ako se uzme u obzir preraspodjela naboja u molekuli.

A jodometan je bio samo početak: "Jodometan je relativno jednostavan molekul za razumijevanje procesa oštećenja od zračenja u drugim, složenijim organskim spojevima", objašnjava Rudenko. "Ako ima više susjeda od pojedine metilne skupine, može se usisati više elektrona." (Nature, 2017; doi: 10.1038 / priroda22373)

(Njemački elektronski sinkronski DESY, 01.06.2017. - NPO)