Raziskovalca Univerze v Novi Gorici pomagala razviti poseben rentgenski laser
Rentgenski laserji so uporabni pri razvoju novih zdravil, elektronskih naprav in pri preverjanju fizikalnih modelov.
Odpri galerijo
Visokoenergijski sunkovni laser se uporablja za pripravo gruč elektronov, ki nato v laserju na proste elektrone proizvajajo koherentne sunke rentgenske svetlobe. FOTO: CasarsaGuru
Mednarodna skupina raziskovalcev, v kateri sta ključno vlogo odigrala tudi sodelavca Laboratorija za kvantno optiko Univerze v Novi Gorici prof. dr. Primož Rebernik Ribič in prof. dr. Giovanni De Ninno, je predstavila novo metodo za proizvodnjo močnih in koherentnih sunkov rentgenske svetlobe, ki se bodo lahko uporabljali za preučevanje interakcij med osnovnimi gradniki snovi.
Kot so sporočili z novogoriške univerze, so poskus izvedli na laserju na proste elektrone FERMI v Bazovici pri Trstu. »Laserji na proste elektrone proizvajajo rentgensko svetlobo v obliki zelo močnih in kratkih sunkov dolžine le nekaj bilijardink sekunde (0.000 000 000 000 001 s). Takšni sunki so dovolj kratki, da lahko z njimi preučujemo interakcije med osnovnimi gradniki snovi, kot so atomi in molekule, na njihovih naravnih časovnih skalah. S pomočjo laserjev na proste elektrone lahko npr. pridobimo vpogled v kristalno strukturo proteinov, dinamiko elektronov v sodobnih materialih in spremljamo zapletene kvantnomehanske pojave pri prehodu močnih rentgenskih sunkov skozi plin,« so pojasnili.
To je uporabno pri razvoju novih zdravil, elektronskih naprav in pri preverjanju fizikalnih modelov.
Večina laserjev na proste elektrone ima veliko pomanjkljivost. Te laserje namreč ojačuje spontano sevanje, ki nastane pri prehodu gruče zelo hitrih (relativističnih) elektronov skozi periodično magnetno polje. Sunki, ki pri tem nastanejo, imajo širok spekter in kaotično časovno strukturo in zaradi tega niso primerni za uporabo v številnih sodobnih metodah s katerimi raziskovalci preučujejo dinamiko snovi. Omenjena skupina pa je uporabila novo metodo, »pri kateri gručo elektronov pred emisijo ustrezno pripravimo, da seva svetlobo točno določene valovne dolžine«. Gručo s pomočjo dveh ultravijoličnih laserskih žarkov stisnejo v tanke rezine in tako gruča preleti periodično magnetno polje, ob tem pa nastane močan sunek rentgenske svetlobe z zelo ozko spektralno širino.
»FERMI je trenutno edini rentgenski laser na proste elektrone na svetu, ki deluje v takšni postavitvi,« je povedal prvi avtor raziskave in sodelavec Laboratorija za kvantno optiko prof. dr. Primož Rebernik Ribič. »Metoda bo omogočila generacijo močnih in koherentnih laserskih pulzov z valovnimi dolžinami le nekaj nanometrov, ki jih bo v prihodnosti moč uporabiti za preučevanje strukture in dinamike bioloških vzorcev in za izvajanje popolnoma novih poskusov na novo nastajajočem področju nelinearne rentgenske optike.«
Raziskava je bila objavljena v reviji Nature Photonics.
Kot so sporočili z novogoriške univerze, so poskus izvedli na laserju na proste elektrone FERMI v Bazovici pri Trstu. »Laserji na proste elektrone proizvajajo rentgensko svetlobo v obliki zelo močnih in kratkih sunkov dolžine le nekaj bilijardink sekunde (0.000 000 000 000 001 s). Takšni sunki so dovolj kratki, da lahko z njimi preučujemo interakcije med osnovnimi gradniki snovi, kot so atomi in molekule, na njihovih naravnih časovnih skalah. S pomočjo laserjev na proste elektrone lahko npr. pridobimo vpogled v kristalno strukturo proteinov, dinamiko elektronov v sodobnih materialih in spremljamo zapletene kvantnomehanske pojave pri prehodu močnih rentgenskih sunkov skozi plin,« so pojasnili.
To je uporabno pri razvoju novih zdravil, elektronskih naprav in pri preverjanju fizikalnih modelov.
Večina laserjev na proste elektrone ima veliko pomanjkljivost. Te laserje namreč ojačuje spontano sevanje, ki nastane pri prehodu gruče zelo hitrih (relativističnih) elektronov skozi periodično magnetno polje. Sunki, ki pri tem nastanejo, imajo širok spekter in kaotično časovno strukturo in zaradi tega niso primerni za uporabo v številnih sodobnih metodah s katerimi raziskovalci preučujejo dinamiko snovi. Omenjena skupina pa je uporabila novo metodo, »pri kateri gručo elektronov pred emisijo ustrezno pripravimo, da seva svetlobo točno določene valovne dolžine«. Gručo s pomočjo dveh ultravijoličnih laserskih žarkov stisnejo v tanke rezine in tako gruča preleti periodično magnetno polje, ob tem pa nastane močan sunek rentgenske svetlobe z zelo ozko spektralno širino.
Laser na proste elektrone FERMI (nad njim se nahaja shranjevalni obroč Elettra) v Bazovici pri Trstu (Italija), kjer raziskovalci preizkušajo nove metode za proizvodnjo močnih laserskih sunkov rentgenske svetlobe. FOTO: L. Giannessi.
»FERMI je trenutno edini rentgenski laser na proste elektrone na svetu, ki deluje v takšni postavitvi,« je povedal prvi avtor raziskave in sodelavec Laboratorija za kvantno optiko prof. dr. Primož Rebernik Ribič. »Metoda bo omogočila generacijo močnih in koherentnih laserskih pulzov z valovnimi dolžinami le nekaj nanometrov, ki jih bo v prihodnosti moč uporabiti za preučevanje strukture in dinamike bioloških vzorcev in za izvajanje popolnoma novih poskusov na novo nastajajočem področju nelinearne rentgenske optike.«
Raziskava je bila objavljena v reviji Nature Photonics.
