LCLS-röntgensädelaser on antanut fyysikoille mahdollisuuden "katapultti" molekyylin yksittäisen atomin melkein kaikki elektronit ja muuntaa sen väliaikaisesti mustan aukon pienoisanalogiksi, houkuttelemalla elektroneja itseensä kosmisen vastineensa voimalla, Nature-lehdessä julkaistun artikkelin mukaan.
© RIA Novosti / Alina Polyanina // DESY / Science Communication Lab
”Voima, jolla elektronit houkuttelivat jodiatomia, oli tässä tapauksessa paljon suurempi kuin se, jonka esimerkiksi kymmenen aurinkoisen massan aiheuttama musta reikä tuottaisi. Periaatteessa minkään tähtimassan mustan aukon painovoimakenttä ei pysty toimimaan elektroniin vertailukelpoisella tavalla, vaikka se olisi hyvin lähellä tapahtumahorisonttia”, sanoo Robin Santra saksalaisesta synkronointikeskuksesta DESY.
Santra ja hänen kollegansa loivat samanlaisen pienoiskoossa olevan mustan aukon keskittymällä koko LCLS-röntgenlaserin, joka on tällä hetkellä maailman tehokkain laajuus, vain 100 nanometrin leveyteen. Tämä on suunnilleen yhtä suuri kuin suuren orgaanisen molekyylin pituus ja useita satoja kertoja pienempi kuin säteen leveys, jota yleensä käytetään kokeissa tällaisten säteilijöiden kanssa.
Tämän ansiosta lasersäteen teho saavutti kymmenen miljardia gigawattia neliö senttimetriä kohti, saaden lähelle pistettä, jossa ultrarelativistiset vaikutukset alkavat ilmetä ja valo alkaa muuttua spontaanisti aineeksi ja antimateriaaliksi.
Tällaisen pulssin törmäys ksenonin ja jodin yksittäisten atomien kanssa, kuten fyysikkojen ensimmäisissä kokeissa osoitettiin, johtaa siihen, että he menettävät käytännössä kaikki elektroninsa ja saavuttavat uskomattoman korkean hapetustilan - +48 tai +47, mikä johtaa ennätyskorkean positiivisen varauksen.
Tutkijat päättivät testata, kuinka tämä varaus voi vaikuttaa muiden molekyylien ja atomien käyttäytymiseen yhdistämällä jodia metaani- ja etaanimolekyyleihin, jotka ovat "läpinäkyviä" röntgensäteille eivätkä reagoi tällaisiin säteisiin.
Näiden kokeiden tulokset osoittautuivat fantastisiksi - sellaisten molekyylien säteilyttäminen laserilla vain 30 nanosekunnin ajan johti siihen, että jodiatomit muuttuivat eräänlaisiksi sähköisiksi mustiksi reikiksi hetkeksi sen jälkeen, kun ne oli lävistetty röntgensäteellä.
Mainosvideo:
Nämä atomit, toisin kuin tutkijat odottivat, menettivät paljon enemmän elektronia - ei 46 tai 47, vaan 53 tai 54 hiukkasia. Prosessi ei pysähtynyt siihen, ja jodiatomit, kuten supermassiiviset mustat aukot, alkoivat vetää itseään elektronia molekyylin muista osista, hajottaa ja "sylistää" niitä säteiden muodossa, jotka ovat samanlaisia kuin niiden kosmisten "serkkujen" ulostyöt.
Seurauksena oli, että koko jodimetaanimolekyyli hajosi käytännössä heti itsensä, eli vain biljardin sekunnin kuluttua laserpalon alkamisesta. Jotakin samanlaista, kuten tutkijat uskovat, voi tapahtua, kun elävät organismit joutuvat kosketuksiin röntgenkuvien kanssa, ja tämän prosessin tutkiminen auttaa meitä ymmärtämään, kuinka säteilyn aiheuttamat haitat voidaan vähentää tai neutraloida.
”Jodimetaani on suhteellisen yksinkertainen molekyyli, joka auttaa meitä ymmärtämään, mitä tapahtuu orgaanisille molekyyleille, kun ne säteilyn vaurioittavat. Uskomme, että tämä reaktio etenee vieläkin rajuimmin jodietaanissa ja muissa monimutkaisissa molekyyleissä, joissa jodi voi työntää jopa 60 elektronia, mutta emme vielä tiedä, kuinka sitä voidaan kuvata. Tämän ongelman ratkaiseminen on seuraava tavoitteemme”, päättelee Artem Rudenko Kansasin yliopistosta (USA), artikkelin ensimmäinen kirjoittaja.
