Впервые ученым удалось непосредственно управлять возбуждением атомного ядра — Naked Science
19 февраля
Василий Парфенов

Впервые ученым удалось непосредственно управлять возбуждением атомного ядра

8.9

При помощи коротких рентгеновских импульсов физики смогли манипулировать состоянием единичных атомных ядер. Новая методика обладает потенциалом стать революцией в ядерной физике, позволив не только наблюдать за состоянием нуклонов, но и модифицировать его, получая материалы с заданными свойствами.

Впервые ученым удалось непосредственно управлять возбуждением атомного ядра
Схема эксперимента. (a): короткий рентгеновский импульс генерируется синхротроном (SR) и проходит через первый атом железа-57, играющего роль делителя-контроллера (SCU), в котором происходит смещение фазы (Δx) двух итоговых импульсов на половину длины волны, что вызывает задержку (Δt) во времени получения мишенью этих импульсов; в результате изменяется дипольный момент перехода атома-мишени, что и фиксирует детектор. (b): энергетические уровни, а также спектр SCU и мишени / ©Heeg, K.P., Kaldun, A., Strohm, C. et al. Coherent X-ray−optical control of nuclear excitons. Nature 590, 401–404 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03276-x

Научная работа с описанием поистине революционного достижения европейских физиков опубликована в рецензируемом журнале Nature. В исследовании участвовали специалисты из немецких Института ядерной физики Общества Макса Планка (Max Planck Institut für Kernphysik, Гейдельберг), синхротрона DESY (Гамбург) и французского ускорителя ESRF (Гренобль). Экспериментально был продемонстрирован контроль над ядрами атомов изотопа железа 57Fe в течение нескольких зептосекунд (миллиардные доли миллиардной доли секунды), что может показаться совсем незначительным, но лиха беда начало.

Схема опытов, на первый взгляд, проста и понятна. Источник рентгеновского излучения очень коротким импульсом облучает первый образец. Тот возбуждается и переизлучает в сторону второго образца, который, в свою очередь, получает уже два импульса.

И с ними можно «играть» довольно интересным образом. Если первичный пучок фотонов возбудил первое ядро так, что оно сместилось на половину длины волны рентгеновского излучения, то два импульса приходят в мишень (второй атом) со сдвигом. Таким образом он не переизлучает полученную энергию сразу, а возбуждается еще сильнее. По тому, через какое время все же происходила «разрядка» нуклонов второго ядра 57Fe, ученые судили о результатах своих манипуляций. На деле, конечно, все несколько (намного) сложнее, но именно так немецкие физики описали свой эксперимент для «непосвященных».

Для ядерной физики такой прорыв действительно значит многое. Во-первых, появился метод точного измерения состояния ядра отдельного атома. А во-вторых, разработан метод его непосредственного изменения. Из возможных сфер применения этой технологии ученые отмечают создание атомных батарей, где заряд накапливается не ионами (отдающими или принимающими электроны целыми атомами), а субатомными частицами. Еще одно важное свойство нового метода — прециозное определение частоты колебаний атома. А это уже прямая дорога к еще более точным часам.

В современной экспериментальной физике существует множество методов манипуляции отдельными атомами. Но почти все из них включают в себя облучение мишеней тем или иным когерентным потоком фотонов, то есть лазерным излучением. То, насколько малые частицы могут с этим излучением провзаимодействовать, зависит от длины его волны.

До недавнего времени в распоряжении ученых не было сравнительно большого числа источников рентгеновского излучения — его частота достаточно высока (то есть длина волны мала), чтобы с большой вероятностью попасть в ядро атома. Но теперь синхротронов становится все больше, а значит, и подходящие инструменты доступнее.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
30 июля
Мария Азарова

Генеральный конструктор «Энергии» и руководитель полета российского сегмента МКС Владимир Соловьев назвал причину незапланированного включения двигателей нового модуля «Наука», из-за которого станцию развернуло на 45 градусов.

30 июля
Сколтех

Исследователи Сколтеха и их коллеги изучили самый продолжительный на сегодня случай заболевания Covid-19 у пациентки с ослабленным иммунитетом, которая болела 318 дней. Исследование позволило выявить мутации, которые помогают коронавирусу SARS-CoV-2 избегать клеточного иммунитета.

31 июля
Василий Парфенов

Изучение загадочной короны черной дыры, образованной рентгеновским излучением, преподнесло интересное открытие. Космические телескопы XMM-Newton и NuSTAR смогли «увидеть» свет, отраженный веществом сразу позади невероятно массивного объекта. И хотя это очередной раз подтверждает общую теорию относительности, про основной объект исследований ученые почти не получили новых данных.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

27 июля
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

25 июля
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: