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.
Позавчера, 11:14
Александр Березин

Группа японских исследователей выдвинула крайне интересную гипотезу: дельта-штамм в Японии был, но… «самоликвидировался» под грузом накопленных мутаций. Предположение вызывает изумление: истории неизвестны случаи самоуничтожения вирусных заболеваний, отчего же в этот раз ученые рассуждают именно так?

Позавчера, 17:26
Мария Азарова

На примере более 80 тысяч взрослых и полностью привитых жителей Израиля, протестированных на SARS-CoV-2, ученые узнали, как с течением времени у них повышался риск заболеть Covid-19.

Позавчера, 11:34
Илья Ведмеденко

Российские инженеры спроектировали самолет для межконтинентальных полетов в стратосфере. Его можно назвать условным аналогом британского Skylon.

23 ноября
Мария Азарова

Международная команда ученых на примере более чем 30 тысяч жителей Западной Европы и США оценила связь между возникновением сердечной недостаточности и приемом аспирина.

21 ноября
Александр Березин

Зачем Россия во время испытания нового оружия создала кучу обломков, угрожающих МКС? Верно ли, что подобные действия сделают ближний космос непригодным к использованию? Naked Science рассказывает, почему ответы на оба эти вопроса — совсем не такие, как кажется.

20 ноября
Алиса Гаджиева

Черная смерть (вторая большая европейская пандемия чумы), которая собирала свой урожай с XIV по XIX век, убила, по, некоторым оценкам, до 60% населения Европы времен Столетней войны. А в VI веке с ее предшественницей столкнулась бурно развивающаяся после многих десятилетий кризиса Восточная Римская империя. Византия устояла, несмотря на гибель десятков процентов населения. Но первая чума нанесла по ней ужасающий удар — не дав вернуть былое могущество. Некоторые предполагают, что империя выжила, так как пандемия была «несущественной». Naked Science разбирается, насколько верно это утверждение.

3 ноября
Ольга Иванова

Исследований на эту тему, как ни странно, мало, хотя предположений — великое множество. По мнению ученых из Венгрии, одна из причин такого поведения — высокая концентрация внимания на речи хозяина, а еще это означает, что собака слышит знакомое слово.

28 октября
Мария Азарова

Все образцы продукции популярных ресторанов быстрого питания, протестированные американскими учеными, содержали один или несколько видов фталатов либо других пластификаторов.

27 октября
Мария Азарова

Ученые из Швейцарии и Германии сделали неожиданный вывод: катехины зеленого чая не подавляют окислительный стресс, а способствуют ему. Однако на этом их действие не заканчивается.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: