Vědci náhodou vytvořili molekulární černou díru. Vědci náhodou vytvořili molekulární černou díru

Nenechte se zastrašit názvem. Ukázalo se, že černá díra, kterou náhodně vytvořili pracovníci National Accelerator Laboratory SLAC, má velikost pouze jednoho jediného atomu, takže nás nic neohrožuje. Jo a název "černá díra" jen vzdáleně popisuje fenomén, o kterém vědci uvažují. Opakovaně jsme vám říkali o nejvýkonnějším rentgenovém laseru na světě, který nese název Linac Coherent Light Source (Linear measurement of koherent light – anglicky). Tento design byl vyvinut tak, aby výzkumníci mohli vidět všechny krásy mikroskopické úrovně se svými burkaly. Náhodou však laser vytvořil miniaturní molekulární černou díru.

V lednu 2012 byl LCLS použit k opětovnému vytvoření jakési malé hvězdy v laboratoři. Laser vytvořil hustou hmotu, zahřátou na teplotu 2 000 000 stupňů Celsia. Vědci se na nějakou dobu přiblížili k pochopení toho, co se vlastně děje uvnitř Slunce. Vědci však neměli v plánu vytvořit černou díru, dokonce ani molekulární. Tato událost byla výsledkem bezúhonné nehody během jednoho z mnoha experimentů.
LCLS ozařuje předměty nepředstavitelně jasnými rentgenovými záblesky trvajícími jen několik femtosekund. V dalším experimentu vědci pomocí zrcadel zaostřili laserový paprsek do bodu o průměru pouhých 100 nanometrů, tedy asi o 100 nanometrů menší než obvykle. Účelem experimentu bylo zjistit reakci těžkých atomů na dopad tvrdých rentgenových paprsků. Vlastně tedy bylo majestátní co nejvíce zaostřit laserový paprsek. Výsledná síla se dá přirovnat ke všemu slunečnímu světlu, které dopadne na zem, když je zaostřeno do bodu o velikosti lidského nehtu.
Veškerou tuto energii vědci přinesli do atomů xenonu, z nichž každý obsahuje 54 elektronů, a také do atomů jódu, z nichž každý má 53 elektronů. Výzkumníci předpokládali, že ty elektrony, které jsou umístěny blíže ke středu atomů, budou odstraněny, což ve skutečnosti umožní nějakou dobu vytvořit jakési „duté atomy“, dokud elektrony z vnějších drah nezačnou vyplňovat intervaly. . V případě xenonu k tomu skutečně došlo. Jód se ale choval úplně jinak. Jeho atomy, představující část dvou molekul, se po ztrátě elektronů proměnily v jakousi černou díru, která do sebe stahuje elektrony ze sousedních atomů uhlíku a vodíku. Laser vyřadil cizí elektrony vtažené do atomu, dokud úplně nerozbil celou molekulu.
Předpokládalo se, že atom jódu ztratí celkem 47 elektronů, nicméně s přihlédnutím k odebraným elektronům ze sousedních atomů vědci napočítali 54 kusů. A toto je menší molekula. Co se dotkne velké molekuly, výzkumníci stále analyzují výsledky experimentu. To není tak snadné, ale vědci plánují pokračovat ve výzkumu v současném proudu. Výsledky neobvyklého experimentu byly zveřejněny v časopise Nature.

Mezinárodní tým vědců zjistil, že když jsou organické molekuly ozářeny intenzivním rentgenovým zářením, objeví se mikroskopická obdoba černé díry. Tento objev pomůže přesněji objasnit strukturu složitých molekul a biologických materiálů. hovoří o nové studii publikované v časopise Nature.

Rentgenové lasery s volnými elektrony (XFEL) jsou typem laserů, které generují rentgenové záření vhodné pro studium struktury biologických molekul. Jako pracovní tělo RLSE se používá paprsek elektronů pohybujících se po sinusové dráze přes undulátor (nebo wiggler) - zařízení, které je sérií magnetů. V tomto případě elektrony emitují fotony, které tvoří úzký kužel rentgenového záření.

Rentgenové záření jsou elektromagnetické vlny s dosti krátkou vlnovou délkou, což umožňuje jejich použití ke studiu velmi malých objektů (čím kratší vlnová délka, tím jemnější detaily jsou s ním vidět). Je zde však významný problém: krátkovlnné záření má vysokou energii. Výsledkem je, že místo toho, abychom znali strukturu biologické molekuly, spalujeme ji. Femtosekundové lasery - lasery ultrakrátkých pulsů - pomáhají tuto obtíž obejít.

Femtosekunda – jeden kvadrilion zlomek sekundy (10-15 s) Rentgenové pulsy generované tímto typem RLSE trvají přibližně 5-50 femtosekund. S tak krátkými, ale super výkonnými (až 10-20 wattů na čtvereční centimetr) pulsy vzorek nestihne zkolabovat, než vědci obdrží jeho snímek. I zde však existují omezení. Takto intenzivní pulsy jsou vhodné pro studium složitých materiálů a biologických systémů, nikoli však pro základní molekulární výzkum, pro který se používá slabší rentgenové záření.

Faktem je, že když jsou atomy ozařovány intenzivním rentgenovým zářením, dosahují díky multifotonové absorpci vysokého stupně ionizace. U molekul skládajících se z různých atomů se to děje s nejtěžším atomem (který má vyšší atomové číslo), za předpokladu, že u něj je pravděpodobnost pohlcení fotonu mnohem vyšší než u sousedních jader. Poté je výsledný náboj distribuován po celé molekule. Taková ionizace může vést k místnímu poškození vzorku a v důsledku toho ke zkreslení vzoru.

Vědci se naučili předpovídat zkreslení při použití měkkých nebo nepříliš intenzivních rentgenových pulsů. Za tímto účelem byly vyvinuty modely založené na izolovaném atomu ionizovaném za stejných podmínek. Zůstalo však neznámé, zda lze stejné procesy simulovat v polyatomárních molekulách s tvrdším a intenzivnějším zářením.

K zodpovězení této otázky použil mezinárodní vědecký tým bezplatný elektronový laser LCLS (Linac Coherent Light Source) v SLAC National Accelerator Laboratory ve Spojených státech. Izolované atomy xenonu, molekuly plynného jodmethanu (CH 3 I) a jodbenzenu (C 6 H 5 I) byly vystaveny rentgenovému záření o energii fotonu 8,3 kiloelektronvoltů (keV) a intenzitě 10 19 wattů na centimetr čtvereční. Doba trvání každého pulzu byla kratší než 30 femtosekund. Byl měřen výtěžek a kinetická energie vzniklých iontů.

Bylo zjištěno, že maximální úrovně ionizace atomů xenonu a iontů jódu CH3I byly vzájemně srovnatelné (48+ a 47+). To nebylo pozorováno při experimentech s měkkým rentgenovým zářením a energií fotonu 5,5 keV, kde úroveň ionizace jednotlivých atomů byla vyšší než u atomů s podobným pořadovým číslem v molekule. Největší přijatý náboj celé molekuly jodmethanu dosáhl 54+ (to znamená, že z ní rentgenové záření vyrazilo 54 elektronů), což přesáhlo maximální kladný náboj xenonu.

Fyzikové k vysvětlení tohoto výsledku použili teoretický model. Vodík a uhlík obsažené v CH 3 I mírně absorbují fotony kvůli jejich malému efektivnímu průřezu. Tato veličina určuje pravděpodobnost interakce mezi atomem a částicí a závisí na velikosti atomu.

Větší atom jódu má větší účinný průřez. Dopadnou na ni téměř všechny fotony pohlcené molekulou a to vede k její ionizaci – ztrátě 47 elektronů (uhlík je také ionizován, ale pouze o čtyři elektrony). Augerův efekt nastává, když se atom stane nestabilním a je nucen vyplnit vzniklá prázdná místa elektrony umístěnými na jiných (vnějších) elektronových obalech. V důsledku toho se uvolňuje energie, která může být přenesena na jiné elektrony, které je donutí opustit atom. Proces tak nabývá kaskádového charakteru. V důsledku toho se vytvoří vysoký kladný náboj, lokalizovaný v atomu jódu.

Mechanismus navržený výzkumníky, nazvaný CREXIM (charge-rearrangement-enhanced rentgen ionizace of molekul), umožňuje předpovídat experimentální data. To je důležité, protože "černé díry" způsobují, že kladný náboj odpuzuje molekulu od sebe, a to zkresluje výsledný obraz. Jodmethan v této práci slouží jako „modelová“ molekula, kterou lze použít k posouzení chování jiných, složitějších molekul.

Vědci náhodou vytvořili molekulární černou díru

Nenechte se zastrašit názvem. Ukázalo se, že černá díra, kterou náhodně vytvořili pracovníci National Accelerator Laboratory SLAC, má velikost pouze jednoho atomu, takže nás nic neohrožuje. A název „černá díra“ jen vzdáleně popisuje jev pozorovaný výzkumníky. Opakovaně jsme vám říkali o nejvýkonnějším rentgenovém laseru na světě, který se nazývá Linac Coherent Light Source (Linear Coherent Light Source - anglicky). Toto zařízení bylo vyvinuto tak, aby výzkumníci mohli na vlastní oči vidět všechnu krásu mikroskopické úrovně. Ale náhodou laser vytvořil miniaturní molekulární černou díru.

V lednu 2012 byl LCLS použit k opětovnému vytvoření jakési malé hvězdy v laboratoři. Laser vytvořil hustou hmotu, zahřátou na teplotu 2 000 000 stupňů Celsia. Vědci se na nějakou dobu přiblížili k pochopení toho, co se přesně děje uvnitř Slunce. Ale výzkumníci neměli v plánu vytvořit černou díru, dokonce ani molekulární. Tato událost byla výsledkem čiré náhody během jednoho z mnoha experimentů.

LCLS ozařuje objekty neuvěřitelně jasnými rentgenovými záblesky trvajícími jen několik femtosekund. V dalším experimentu vědci pomocí zrcadel zaostřili laserový paprsek do bodu o průměru pouhých 100 nanometrů, což je asi 100krát menší než obvykle. Účelem experimentu bylo studovat reakci těžkých atomů na dopad tvrdých rentgenových paprsků. Proto bylo důležité laserový paprsek co nejvíce zaostřit. Výsledná síla se dá přirovnat ke všemu slunečnímu světlu dopadajícímu na Zemi, pokud je zaostřeno do bodu o velikosti lidského nehtu.

Vědci nasměrovali veškerou tuto energii na atomy xenonu, každý obsahující 54 elektronů, a také na atomy jódu, z nichž každý má 53 elektronů. Vědci předpokládali, že elektrony nejblíže středu atomů budou odstraněny, což ve skutečnosti umožní po určitou dobu vytvořit jakési „duté atomy“, dokud elektrony z vnějších drah nezačnou zaplňovat mezery. V případě xenonu se přesně toto stalo. Jód se ale choval úplně jinak. Jeho atomy, které jsou součástí dvou molekul, se po ztrátě elektronů proměnily v jakousi černou díru, která do sebe stahuje elektrony ze sousedních atomů uhlíku a vodíku. Laser vyřadil cizí elektrony vtažené do atomu, až úplně zničil celou molekulu.

Předpokládalo se, že atom jódu ztratí pouze 47 elektronů, ale s přihlédnutím k odebraným elektronům ze sousedních atomů vědci napočítali 54 kusů. A toto je menší molekula. Pokud jde o velkou molekulu, vědci stále analyzují výsledky experimentu. To není tak snadné, ale vědci plánují pokračovat ve výzkumu tímto směrem. Výsledky neobvyklého zážitku byly zveřejněny v časopise Nature.

Tento článek byl automaticky přidán z komunity

Nenechte se zastrašit názvem. Ukázalo se, že černá díra, kterou náhodně vytvořili zaměstnanci Národní laboratoře urychlovačů Slac, má velikost pouze jednoho atomu, takže nás nic neohrožuje. A název „Černá díra“ jen vzdáleně popisuje jev pozorovaný výzkumníky. Opakovaně jsme vám říkali o nejvýkonnějším rentgenovém laseru na světě, který se nazývá Linac Coherent Light Source (lineární koherentní světelný zdroj - anglicky
. Toto zařízení bylo vyvinuto tak, aby výzkumníci mohli na vlastní oči vidět všechnu krásu mikroskopické úrovně. Ale v důsledku náhody laser vytvořil miniaturní molekulární černou díru.

V lednu 2012 byl Lcls použit k opětovnému vytvoření jakési malé hvězdy v laboratoři. Laser vytvořil hustou hmotu, zahřátou na teplotu 2 000 000 stupňů Celsia. Vědci se na nějakou dobu přiblížili k pochopení toho, co se přesně děje uvnitř Slunce. Ale výzkumníci neměli v plánu vytvořit černou díru, dokonce ani molekulární. Tato událost byla výsledkem čiré náhody během jednoho z mnoha experimentů.

Lcls ozařuje objekty neuvěřitelně jasnými rentgenovými záblesky trvajícími jen několik femtosekund. V dalším experimentu vědci pomocí zrcadel zaostřili laserový paprsek do bodu o průměru pouhých 100 nanometrů, což je asi 100krát menší než obvykle. Účelem experimentu bylo studovat reakci těžkých atomů na dopad tvrdých rentgenových paprsků. Proto bylo důležité laserový paprsek co nejvíce zaostřit. Výsledná síla se dá přirovnat ke všemu slunečnímu světlu dopadajícímu na Zemi, pokud je zaostřeno do bodu o velikosti lidského nehtu.

Vědci nasměrovali veškerou tuto energii na atomy xenonu, každý obsahující 54 elektronů, a také na atomy jódu, z nichž každý má 53 elektronů. Vědci předpokládali, že ty elektrony, které jsou nejblíže středu atomů, budou odstraněny, což ve skutečnosti umožní po určitou dobu vytvořit zdání „dutých atomů“, dokud elektrony z vnějších drah nezačnou zaplňovat mezery. V případě xenonu se přesně toto stalo. Jód se ale choval úplně jinak. Jeho atomy, které jsou součástí dvou molekul, se po ztrátě elektronů proměnily v jakousi černou díru, která do sebe stahuje elektrony ze sousedních atomů uhlíku a vodíku. Laser vyřadil cizí elektrony vtažené do atomu, až úplně zničil celou molekulu.

Předpokládalo se, že atom jódu ztratí pouze 47 elektronů, ale s přihlédnutím k odebraným elektronům ze sousedních atomů vědci napočítali 54 kusů. A toto je menší molekula. Pokud jde o velkou molekulu, vědci stále analyzují výsledky experimentu. To není tak snadné, ale vědci plánují pokračovat ve výzkumu tímto směrem. Výsledky neobvyklého zážitku byly zveřejněny v časopise Nature.

Nenechte se zastrašit názvem. Ukázalo se, že černá díra, kterou náhodně vytvořili pracovníci National Accelerator Laboratory SLAC, má velikost pouze jednoho atomu, takže nás nic neohrožuje. A název „černá díra“ jen vzdáleně popisuje jev pozorovaný výzkumníky. Opakovaně jsme vám říkali o nejvýkonnějším rentgenovém laseru na světě, který se nazývá Linac Coherent Light Source (Linear Coherent Light Source - anglicky). Toto zařízení bylo vyvinuto tak, aby výzkumníci mohli na vlastní oči vidět všechnu krásu mikroskopické úrovně. Ale náhodou laser vytvořil miniaturní molekulární černou díru.

V lednu 2012 byl LCLS použit k opětovnému vytvoření jakési malé hvězdy v laboratoři. Laser vytvořil hustou hmotu, zahřátou na teplotu 2 000 000 stupňů Celsia. Vědci se na nějakou dobu přiblížili k pochopení toho, co se přesně děje uvnitř Slunce. Ale výzkumníci neměli v plánu vytvořit černou díru, dokonce ani molekulární. Tato událost byla výsledkem čiré náhody během jednoho z mnoha experimentů.

LCLS ozařuje objekty neuvěřitelně jasnými rentgenovými záblesky trvajícími jen několik femtosekund. V dalším experimentu vědci pomocí zrcadel zaostřili laserový paprsek do bodu o průměru pouhých 100 nanometrů, což je asi 100krát menší než obvykle. Účelem experimentu bylo studovat reakci těžkých atomů na dopad tvrdých rentgenových paprsků. Proto bylo důležité laserový paprsek co nejvíce zaostřit. Výsledná síla se dá přirovnat ke všemu slunečnímu světlu dopadajícímu na Zemi, pokud je zaostřeno do bodu o velikosti lidského nehtu.

Vědci nasměrovali veškerou tuto energii na atomy xenonu, každý obsahující 54 elektronů, a také na atomy jódu, z nichž každý má 53 elektronů. Vědci předpokládali, že elektrony nejblíže středu atomů budou odstraněny, což ve skutečnosti umožní po určitou dobu vytvořit jakési „duté atomy“, dokud elektrony z vnějších drah nezačnou zaplňovat mezery. V případě xenonu se přesně toto stalo. Jód se ale choval úplně jinak. Jeho atomy, které jsou součástí dvou molekul, se po ztrátě elektronů proměnily v jakousi černou díru, která do sebe stahuje elektrony ze sousedních atomů uhlíku a vodíku. Laser vyřadil cizí elektrony vtažené do atomu, až úplně zničil celou molekulu.

Předpokládalo se, že atom jódu ztratí pouze 47 elektronů, ale s přihlédnutím k odebraným elektronům ze sousedních atomů vědci napočítali 54 kusů. A toto je menší molekula. Pokud jde o velkou molekulu, vědci stále analyzují výsledky experimentu. To není tak snadné, ale vědci plánují pokračovat ve výzkumu tímto směrem. Výsledky neobvyklého zážitku byly zveřejněny v časopise Nature.