"Lubang hitam" dihasilkan dalam molekul

Rekod: kilat sinar-X buat kali pertama molekul bermuatan positif 54 kali ganda

Kilat sinar-X mengatasi begitu banyak elektron daripada atom iodin (kanan) bahawa ia menghisap elektron kumpulan metil seperti sejenis lubang hitam elektromagnetik. © DESY / Makmal Komunikasi Sains
membaca dengan kuat

Daya gigih di ruang terkecil: Dengan sinar X-ray, para penyelidik buat kali pertama menjana molekul dengan caj positif sebanyak 54 kali - rekod untuk pengionan dengan cahaya. Dalam proses itu, satu atom dalam molekul itu secara ringkasnya menjadi "lubang hitam" elektromagnetik: cas yang melampau menarik elektron dari molekul sekelilingnya lebih daripada daya graviti lubang hitam yang cemerlang boleh, seperti yang dilaporkan penyelidik dalam jurnal "Alam".

Apabila sebuah atom disinari dengan sinaran-tinggi sinar-X, foton mengeluarkan elektron dari cangkang atom - atom diionkan. Proses ini memberikan pandangan berharga ke dalam struktur atom dan cangkangnya. Walau bagaimanapun, ia hanya mungkin untuk merampas sebahagian besar elektron daripada atom dalam beberapa kes. Walau bagaimanapun, pengionan yang melampau juga berlaku pada cakera acara lubang hitam - pada "panggilan terakhir" perkara.

54 kali bercas positif

Artem Rudenko dari Kansas State University dan rakan-rakannya kini telah menetapkan rekod baru untuk pengionan dengan cahaya. Untuk pertama kalinya, mereka mampu merampas 54 daripada 62 elektronnya daripada kilauan sinar-X yang sangat tinggi tenaga, molekul iodomethane (CH3I). Hasilnya adalah molekul dengan 54x charge positif - rekod baru.

"Untuk pengetahuan kami, ini adalah pengionan tertinggi yang pernah dicapai dengan cahaya, " kata pengarang bersama Robin Santra dari German Electron Synchrotron (DESY). Dia dan rakannya menggunakan Linac Coherent Light Source (LCLS) di pusat pemecut AS SLAC di California untuk eksperimen mereka. Laser sinar-X ini boleh menghasilkan kilauan sinar X-ray yang sangat fokus dan ultra-pendek dengan intensiti 100 quadrillion kilowatts per sentimeter persegi.

Atom iodin dalam iodomethane bertindak balas terlebih dahulu. domain awam

Lebih kuat dari lubang hitam

Pengionan rekod itu berlaku dalam dua langkah: Jika kilat tersebut menyentuh molekul iodomethana, elektron-ion dari ion akan bertindak balas terlebih dahulu: "Kumpulan metil CH3 hampir-hampir buta terhadap radiasi sinar-X, " jelas Santra. "X-ray flash pada mulanya merosakkan atom yodium lima hingga enam elektronnya." Paparan

Ini menghasilkan caj positif yang kuat terhadap atom yodium, yang kini menyerap elektron-elektron cahaya kilat molekul sekitar dengan cepat dan dengan kekuatan yang melampau. Seperti yang dijelaskan penyelidik, tarikan elektromagnet ini lebih kuat daripada lubang hitam sepuluh juta lubang. "Lubang hitam semacam ini tidak dapat menggunakan kekuatan yang sama dengan daya graviti pada elektron, tidak kira sejauh mana elektron dibawa ke lubang hitam, " kata Santra.

Reaksi rantaian kilat cepat

Sebagai akibat dari kuasa besar ini, atom-atom lain dalam molekul iodomethane kini kehilangan elektron mereka. Dalam masa kurang dari satu trilion sejam, tindak balas rantai berlaku, di mana iodomethana membuang sehingga 54 daripada 62 elektronnya. Elektron yang diekstrak meletup dengan denyar sinar-X.

Lihat ke dalam terowong undulator LCLS - di sinilah sinaran X-ray yang sangat cepat dan cerah dihasilkan. SLAC Makmal Pemula Negara

"Dengan cara ini, caj yang sangat positif berkumpul dalam seperseribu bilion meter. Itulah yang mengganggu molekul itu, "jelas penulis bersama Daniel Rolles dari DESY. Para penyelidik dapat membina semula proses-proses ini semasa proses ultra-cepat untuk kali pertama dengan bantuan program komputer khas.

"Cukup berbeza daripada atom terpencil"

"Penemuan kami dengan jelas menunjukkan bahawa interaksi ultra-intensif, sinar-X keras dengan molekul berbeza dari atom-atom yang terpencil, " kata penyelidik. Sebab apa yang berlaku di sana hanya boleh difahami dan diterangkan jika seseorang mengambil kira pengagihan semula caj dalam molekul.

Dan iodomethane hanya permulaan: "Sebagai molekul yang agak sederhana, iodomethane sesuai untuk memahami proses kerosakan radiasi pada sebatian organik lain yang lebih kompleks, " jelas Rudenko. "Sekiranya terdapat lebih banyak jiran daripada kumpulan metil tunggal, lebih banyak elektron boleh disedut." (Alam, 2017; doi: 10.1038 / nature22373)

(German Electron Synchrotron DESY, 01.06.2017 - NPO)