Ученые при помощи сверхяркого рентгеновского излучения превратили атом, входящий в состав молекулы, на короткое время в своего рода электромагнитную черную дыру. В отличие от черной дыры, находящейся в космосе, этот облученный рентгеновским излучением атом притягивает к себе материю, действуя на нее не при помощи гравитации, а при помощи электромагнитных сил: его положительно заряженное ядро притягивает электроны – что в конечном счете приводит к взрыву молекулы в течение крохотных долей секунды.
В своей новой работе исследователи использовали лазер на свободных электронах под названием LCLS, расположенный в Национальной ускорительной лаборатории SLAC, США, для облучения молекул йодметана (CH3I) мощным потоком рентгеновских лучей. Испускаемые лазером импульсы достигали мощности в 100 квадриллионов (10^15) киловатт на квадратный сантиметр. Эти высокоэнергетические рентгеновские лучи выбили 54 из 62 имеющихся в молекуле электронов, превращая молекулу в 54-зарядный положительный ион.
Процесс ионизации, однако, протекал не единовременно: сначала рентгеновский импульс выбил 5-6 электронов из атома йода, а затем образовавшийся ион йода начал перетягивать на себя электроны метильной группы (на фото), превращаясь в некое подобие электромагнитной «черной дыры». Так как все эти процессы происходят с огромной скоростью, то перетянутые к атому йода электроны вновь выбиваются тем же импульсом рентгеновского излучения – и процессы повторяются до тех пор, пока молекулу не покинут все 54 электрона. По превращению молекулы в 54-зарядный катион она взрывается под действием сил отталкивания между одноименными зарядами своих частей.
Результаты этого исследования могут быть использованы для создания нового метода определения структуры сложных органических молекул при помощи рентгеновских лазеров, считают авторы.
Работа опубликована в журнале Nature; главный автор А. Руденко (A. Rudenko) из Канзасского университета.
Иллюстрация к статье:
Обсуждение