Впервые ученым удалось непосредственно управлять возбуждением атомного ядра — Naked Science
6 минут
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.
Позавчера, 21:25
10 минут
Василий Парфенов

Даже при разработке точнейших научных инструментов случаются разные технические сюрпризы — и хорошо, если приятные. К счастью, именно так вышло на этот раз. Ученые получили очередную порцию данных с космического аппарата Parker Solar Probe и здорово удивились. На сделанном в оптическом диапазоне снимке ночной стороны Венеры видны детали поверхности, обычно скрытые плотными облаками. Теперь предстоит решить загадку: либо камера оказалась чувствительна к инфракрасному диапазону излучения, либо случайно обнаружилось «окно» для наблюдений через атмосферу этой планеты.

Позавчера, 19:01
8 минут
Мария Азарова

Математическое моделирование позволило подсчитать, что большинство случаев тяжелого течения коронавирусного заболевания и госпитализаций по этой причине в США оказались связаны с одним из четырех кардиометаболических нарушений, а главным образом — с ожирением.

7 часов назад
75 минут
Редакция

Наверное, еще с того момента, как первые наши прапрапредки обрели сознание, человек боялся смерти и искал пути ее предотвратить или отсрочить. Древний человек жаждал утешения в представлениях о загробном мире, позже алхимики пытались изобрести зелья, которые помогли бы достичь бессмертия. С развитием науки ученые стремились понять, как работает наша смертность на клеточном уровне и еще глубже – и можно ли серьезно изменить отмеренный человеку век. Именно о теломерах часто говорят как о некоем секрете долголетия, том самом волшебном рычаге в ДНК, который может прибавить один-два десятка лет к нашей жизни. Так ли это?

Позавчера, 21:25
10 минут
Василий Парфенов

Даже при разработке точнейших научных инструментов случаются разные технические сюрпризы — и хорошо, если приятные. К счастью, именно так вышло на этот раз. Ученые получили очередную порцию данных с космического аппарата Parker Solar Probe и здорово удивились. На сделанном в оптическом диапазоне снимке ночной стороны Венеры видны детали поверхности, обычно скрытые плотными облаками. Теперь предстоит решить загадку: либо камера оказалась чувствительна к инфракрасному диапазону излучения, либо случайно обнаружилось «окно» для наблюдений через атмосферу этой планеты.

Позавчера, 19:01
8 минут
Мария Азарова

Математическое моделирование позволило подсчитать, что большинство случаев тяжелого течения коронавирусного заболевания и госпитализаций по этой причине в США оказались связаны с одним из четырех кардиометаболических нарушений, а главным образом — с ожирением.

7 часов назад
75 минут
Редакция

Наверное, еще с того момента, как первые наши прапрапредки обрели сознание, человек боялся смерти и искал пути ее предотвратить или отсрочить. Древний человек жаждал утешения в представлениях о загробном мире, позже алхимики пытались изобрести зелья, которые помогли бы достичь бессмертия. С развитием науки ученые стремились понять, как работает наша смертность на клеточном уровне и еще глубже – и можно ли серьезно изменить отмеренный человеку век. Именно о теломерах часто говорят как о некоем секрете долголетия, том самом волшебном рычаге в ДНК, который может прибавить один-два десятка лет к нашей жизни. Так ли это?

21 февраля
20 минут
Василий Парфенов

Кого и что только ни успели уже обвинить в технологической катастрофе, которая произошла на этой неделе в США. Но эмоции плавно оседают, и начинают появляться первые результаты разбирательства. А они порой вызывают искреннее недоумение, честно говоря.

2 февраля
44 минуты
Александр Березин

В научном журнале The Lancet появились итоги клинических испытаний «Спутника-V», и на первый взгляд эта публикация — триумф. Российская вакцина показала эффективность выше, чем у Pfizer и Moderna. Увы, на этом хорошие новости закончились. Плохих две.

Позавчера, 21:25
10 минут
Василий Парфенов

Даже при разработке точнейших научных инструментов случаются разные технические сюрпризы — и хорошо, если приятные. К счастью, именно так вышло на этот раз. Ученые получили очередную порцию данных с космического аппарата Parker Solar Probe и здорово удивились. На сделанном в оптическом диапазоне снимке ночной стороны Венеры видны детали поверхности, обычно скрытые плотными облаками. Теперь предстоит решить загадку: либо камера оказалась чувствительна к инфракрасному диапазону излучения, либо случайно обнаружилось «окно» для наблюдений через атмосферу этой планеты.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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: