Oamenii de știință au creat accidental o gaură neagră moleculară. Oamenii de știință au creat accidental o gaură neagră moleculară
Nu vă lăsați intimidați de titlu. Gaura neagră, creată accidental de personalul Laboratorului Național de Accelerator SLAC, s-a dovedit a fi doar de dimensiunea unui singur atom, astfel încât nimic nu ne amenință. Da, iar titlul „gaura neagră” descrie doar de la distanță fenomenul contemplat de cercetători. V-am povestit în repetate rânduri despre cel mai puternic laser cu raze X din lume, purtând titlul Linac Coherent Light Source (Măsurarea liniară a luminii coerente – engleză). Acest design a fost dezvoltat astfel încât cercetătorii să poată vedea toate frumusețile nivelului microscopic cu burkalurile lor. Cu toate acestea, ca urmare a întâmplării, laserul a creat o gaură neagră moleculară în miniatură.
În ianuarie 2012, LCLS a fost folosit pentru a recrea un fel de stea minusculă în laborator. Laserul a creat materie densă, încălzită la o temperatură de 2.000.000 de grade Celsius. Oamenii de știință s-au apropiat de ceva timp să înțeleagă ce se întâmplă de fapt în interiorul Soarelui. Cu toate acestea, cercetătorii nu aveau planuri de a crea o gaură neagră, chiar și una moleculară. Acest eveniment a fost rezultatul unui accident ireproșabil în timpul unuia dintre numeroasele experimente.
LCLS iradiază obiecte cu fulgere de raze X neimaginabil de strălucitoare care durează doar câteva femtosecunde. Într-un alt experiment, oamenii de știință au folosit oglinzi pentru a focaliza un fascicul laser într-un loc de doar 100 de nanometri în diametru, cu aproximativ 100 de nanometri mai mic decât de obicei. Scopul experimentului a fost de a găsi reacția atomilor grei la impactul razelor X dure. De fapt, prin urmare, a fost maiestuos să focalizezi cât mai mult posibil raza laser. Puterea rezultată poate fi comparată cu toată lumina soarelui care lovește pământul atunci când este focalizată într-un loc de dimensiunea unei unghii umane.
Toată această energie au adus-o oamenii de știință atomilor de xenon, care includ fiecare 54 de electroni, precum și atomilor de iod, care au 53 de electroni fiecare. Cercetătorii au presupus că acei electroni care sunt localizați mai intim în centrul atomilor vor fi îndepărtați, ceea ce, de fapt, va permite pentru ceva timp să se creeze un fel de „atomi goli” până când electronii de pe orbitele exterioare încep să umple intervalele. În cazul xenonului, acest lucru s-a întâmplat de fapt. Dar iodul s-a comportat complet diferit. Atomii săi, reprezentând o parte din două molecule, după pierderea electronilor, s-au transformat într-un fel de gaură neagră, atrăgând în sine electroni din atomii de carbon și hidrogen vecini. Laserul a eliminat electronii străini atrași în atom până când a rupt complet întreaga moleculă.
S-a presupus că atomul de iod va pierde un total de 47 de electroni, totuși, ținând cont de electronii extrași de la atomii vecini, oamenii de știință au numărat 54 de bucăți. Și aceasta este o moleculă mai mică. Ceea ce atinge o moleculă mare, cercetătorii încă analizează rezultatele experimentului. Acest lucru nu este atât de ușor de făcut, dar oamenii de știință plănuiesc să-și continue cercetările în curentul actual. Rezultatele experimentului neobișnuit au fost publicate în revista Nature.
O echipă internațională de oameni de știință a descoperit că atunci când moleculele organice sunt iradiate cu raze X intense, apare un analog microscopic al unei găuri negre. Această descoperire va ajuta la elucidarea mai precisă a structurii moleculelor complexe și a materialelor biologice. vorbește despre un nou studiu publicat în revista Nature.
Laserele cu electroni liberi cu raze X (XFEL) sunt un tip de lasere care generează raze X potrivite pentru studierea structurii moleculelor biologice. Un fascicul de electroni care se deplasează de-a lungul unei căi sinusoidale printr-un ondulator (sau wiggler) - un dispozitiv care este o serie de magneți - este folosit ca corp de lucru al RLSE. În acest caz, electronii emit fotoni care formează un con îngust de radiație de raze X.
Razele X sunt unde electromagnetice cu o lungime de undă destul de scurtă, ceea ce le permite să fie folosite pentru a studia obiecte foarte mici (cu cât lungimea de undă este mai mică, cu atât se pot vedea detalii mai fine cu ea). Cu toate acestea, există o problemă semnificativă: radiația cu unde scurte are o energie mare. Drept urmare, în loc să cunoaștem structura unei molecule biologice, o ardem. Laserele femtosecunde - lasere cu impulsuri ultrascurte - ajută la ocolirea acestei dificultăți.
Femtosecundă - o fracțiune de cvadrilion de secundă (10 -15 s.) Impulsurile de raze X generate de acest tip de RLSE durează aproximativ 5-50 de femtosecunde. Cu impulsuri atât de scurte, dar super-puternice (până la 10-20 de wați pe centimetru pătrat), eșantionul nu are timp să se prăbușească înainte ca oamenii de știință să-și primească imaginea. Cu toate acestea, există și aici limitări. Astfel de impulsuri intense sunt potrivite pentru studierea materialelor complexe și a sistemelor biologice, dar nu și pentru cercetarea moleculară fundamentală, pentru care se folosesc raze X mai slabe.
Cert este că atunci când atomii sunt iradiați cu raze X intense, aceștia ating un grad ridicat de ionizare datorită absorbției multifotonice. În moleculele formate din diferiți atomi, acest lucru se întâmplă cu atomul cel mai greu (care are un număr atomic mai mare), cu condiția ca pentru acesta probabilitatea de a absorbi un foton să fie mult mai mare decât pentru nucleele învecinate. După aceea, sarcina rezultată este distribuită în întreaga moleculă. O astfel de ionizare poate duce la deteriorarea locală a probei și, ca urmare, la distorsiunea modelului.
Oamenii de știință au învățat să prezică distorsiunile atunci când folosesc impulsuri de raze X moi sau nu foarte intense. Pentru aceasta, au fost dezvoltate modele pe baza unui atom izolat ionizat în aceleași condiții. Cu toate acestea, a rămas necunoscut dacă aceleași procese ar putea fi simulate în molecule poliatomice cu radiații mai dure și mai intense.
Pentru a răspunde la această întrebare, o echipă științifică internațională a folosit laserul cu electroni liberi LCLS (Linac Coherent Light Source) la Laboratorul Național de Accelerator SLAC din Statele Unite. Atomi de xenon izolați, molecule gazoase de iodometan (CH3I) și iodobenzen (C6H5I) au fost expuși la raze X la o energie fotonică de 8,3 kiloelectronvolți (keV) și o intensitate de 1019 wați pe centimetru pătrat. Durata fiecărui impuls a fost mai mică de 30 de femtosecunde. Au fost măsurate randamentul și energia cinetică a ionilor formați.
Sa constatat că nivelurile maxime de ionizare ale atomilor de xenon și ale ionilor de iod CH3I au fost comparabile între ele (48+ și, respectiv, 47+). Acest lucru nu a fost observat în experimentele cu raze X moi și o energie fotonică de 5,5 keV, unde nivelul de ionizare al atomilor individuali a fost mai mare decât cel al atomilor cu un număr de serie similar în moleculă. Cea mai mare sarcină primită din întreaga moleculă de iodmetan a ajuns la 54+ (aceasta înseamnă că razele X au scos 54 de electroni din ea), ceea ce a depășit sarcina pozitivă maximă a xenonului.
Fizicienii au folosit un model teoretic pentru a explica acest rezultat. Hidrogenul și carbonul conținute în CH 3 I absorb ușor fotonii datorită secțiunii lor transversale eficiente mici. Această cantitate determină probabilitatea interacțiunii dintre un atom și o particulă și depinde de dimensiunea atomului.
Atomul de iod mai mare are o secțiune transversală eficientă mai mare. Aproape toți fotonii absorbiți de moleculă cad pe ea, iar acest lucru duce la ionizarea acesteia - pierderea a 47 de electroni (carbonul este și el ionizat, dar numai de patru electroni). Efectul Auger apare atunci când un atom devine instabil și este forțat să umple locurile libere rezultate cu electroni localizați pe alte învelișuri de electroni (exterioare). Ca rezultat, se eliberează energie, care poate fi transferată altor electroni, forțându-i să părăsească atomul. Astfel, procesul capătă un caracter în cascadă. Ca urmare, se formează o sarcină pozitivă ridicată, localizată în atomul de iod.
Mecanismul propus de cercetători, numit CREXIM (charge-rearrangement-enhanced X-ray ionization of molecules), face posibilă prezicerea datelor experimentale. Acest lucru este important deoarece „găurile negre” fac ca sarcina pozitivă să respingă molecula și acest lucru distorsionează imaginea rezultată. Iodometanul din această lucrare servește ca o moleculă „model”, care poate fi folosită pentru a judeca comportamentul altor molecule mai complexe.
Oamenii de știință au creat accidental o gaură neagră moleculară
Nu vă lăsați intimidați de titlu. Gaura neagră, creată accidental de personalul Laboratorului Național de Accelerator SLAC, s-a dovedit a avea o dimensiune de doar un atom, așa că nimic nu ne amenință. Iar denumirea de „gaura neagră” descrie doar de la distanță fenomenul observat de cercetători. V-am povestit în repetate rânduri despre cel mai puternic laser cu raze X din lume, numit Linac Coherent Light Source (Sursă de lumină coerentă liniară - engleză). Acest dispozitiv a fost dezvoltat astfel încât cercetătorii să poată vedea cu propriii ochi toată frumusețea nivelului microscopic. Dar întâmplător, laserul a creat o gaură neagră moleculară în miniatură.
În ianuarie 2012, LCLS a fost folosit pentru a recrea un fel de stea minusculă în laborator. Laserul a creat materie densă, încălzită la o temperatură de 2.000.000 de grade Celsius. Oamenii de știință s-au apropiat de ceva timp de a înțelege ce se întâmplă exact în interiorul Soarelui. Dar cercetătorii nu aveau planuri de a crea o gaură neagră, chiar și una moleculară. Acest eveniment a fost rezultatul purului hazard în timpul unuia dintre numeroasele experimente.
LCLS iradiază obiecte cu fulgere de raze X incredibil de strălucitoare care durează doar câteva femtosecunde. Într-un alt experiment, oamenii de știință au folosit oglinzi pentru a focaliza un fascicul laser într-un loc de doar 100 de nanometri în diametru, de aproximativ 100 de ori mai mic decât de obicei. Scopul experimentului a fost de a studia reacția atomilor grei la impactul razelor X dure. De aceea a fost important să focalizezi cât mai mult posibil raza laser. Puterea rezultată poate fi comparată cu toată lumina soarelui care cade pe pământ, dacă este focalizată într-un loc de mărimea unei unghii umane.
Oamenii de știință au direcționat toată această energie către atomii de xenon, care conțin fiecare 54 de electroni, precum și către atomii de iod, care au fiecare 53 de electroni. Cercetătorii au presupus că acei electroni care sunt cel mai aproape de centrul atomilor vor fi îndepărtați, ceea ce, de fapt, ar crea un fel de „atomi goali” pentru o perioadă de timp, până când electronii de pe orbitele exterioare au început să umple golurile. În cazul xenonului, exact asta s-a întâmplat. Dar iodul s-a comportat complet diferit. Atomii săi, care fac parte din două molecule, după pierderea electronilor, s-au transformat într-un fel de gaură neagră, atrăgând în sine electroni din atomii de carbon și hidrogen vecini. Laserul a eliminat electronii străini atrași în atom până când a distrus complet întreaga moleculă.
S-a presupus că atomul de iod va pierde doar 47 de electroni, dar ținând cont de electronii extrași de la atomii vecini, oamenii de știință au numărat 54 de bucăți. Și aceasta este o moleculă mai mică. În ceea ce privește molecula mare, cercetătorii încă analizează rezultatele experimentului. Acest lucru nu este atât de ușor de făcut, dar oamenii de știință plănuiesc să-și continue cercetările în această direcție. Rezultatele experienței neobișnuite au fost publicate în revista Nature.
Acest articol a fost adăugat automat din comunitate
Nu vă lăsați intimidați de titlu. Gaura neagră, creată accidental de angajații Laboratorului Național Accelerator Slac, s-a dovedit a avea o dimensiune de doar un atom, așa că nimic nu ne amenință. Iar numele „Gaura Neagră” descrie doar de la distanță fenomenul observat de cercetători. V-am spus în repetate rânduri despre cel mai puternic laser cu raze X din lume, numit Linac Coherent Light Source (sursă de lumină liniară coerentă - engleză
. Acest dispozitiv a fost dezvoltat astfel încât cercetătorii să poată vedea cu propriii ochi toată frumusețea nivelului microscopic. Dar, ca urmare a întâmplării, laserul a creat o gaură neagră moleculară în miniatură.
În ianuarie 2012, Lcls a fost folosit pentru a recrea un fel de stea minusculă în laborator. Laserul a creat materie densă, încălzită la o temperatură de 2.000.000 de grade Celsius. Oamenii de știință s-au apropiat de ceva timp să înțeleagă ce se întâmplă exact în interiorul soarelui. Dar cercetătorii nu aveau planuri de a crea o gaură neagră, chiar și una moleculară. Acest eveniment a fost rezultatul purului hazard în timpul unuia dintre numeroasele experimente.
Lcls iradiază obiecte cu fulgere de raze X incredibil de strălucitoare care durează doar câteva femtosecunde. Într-un alt experiment, oamenii de știință au folosit oglinzi pentru a focaliza un fascicul laser într-un loc de doar 100 de nanometri în diametru, de aproximativ 100 de ori mai mic decât de obicei. Scopul experimentului a fost de a studia reacția atomilor grei la impactul razelor X dure. De aceea a fost important să focalizezi cât mai mult posibil raza laser. Puterea rezultată poate fi comparată cu toată lumina soarelui care cade pe pământ, dacă este focalizată într-un loc de mărimea unei unghii umane.
Oamenii de știință au direcționat toată această energie către atomii de xenon, care conțin fiecare 54 de electroni, precum și către atomii de iod, care au fiecare 53 de electroni. Cercetătorii au presupus că acei electroni care sunt cel mai aproape de centrul atomilor vor fi îndepărtați, ceea ce, de fapt, ar permite pentru ceva timp să se creeze o aparență de „atomi goale” până când electronii de pe orbitele exterioare încep să umple golurile. În cazul xenonului, exact asta s-a întâmplat. Dar iodul s-a comportat complet diferit. Atomii săi, care fac parte din două molecule, după pierderea electronilor, s-au transformat într-un fel de gaură neagră, atrăgând în sine electroni din atomii de carbon și hidrogen vecini. Laserul a eliminat electronii străini atrași în atom până când a distrus complet întreaga moleculă.
S-a presupus că atomul de iod va pierde doar 47 de electroni, dar ținând cont de electronii extrași de la atomii vecini, oamenii de știință au numărat 54 de bucăți. Și aceasta este o moleculă mai mică. În ceea ce privește molecula mare, cercetătorii încă analizează rezultatele experimentului. Acest lucru nu este atât de ușor de făcut, dar oamenii de știință plănuiesc să-și continue cercetările în această direcție. Rezultatele experienței neobișnuite au fost publicate în revista Nature.
Nu vă lăsați intimidați de titlu. Gaura neagră, creată accidental de personalul Laboratorului Național de Accelerator SLAC, s-a dovedit a avea o dimensiune de doar un atom, așa că nimic nu ne amenință. Iar denumirea de „gaura neagră” descrie doar de la distanță fenomenul observat de cercetători. V-am povestit în repetate rânduri despre cel mai puternic laser cu raze X din lume, numit Linac Coherent Light Source (Sursă de lumină coerentă liniară - engleză). Acest dispozitiv a fost dezvoltat astfel încât cercetătorii să poată vedea cu propriii ochi toată frumusețea nivelului microscopic. Dar întâmplător, laserul a creat o gaură neagră moleculară în miniatură.
În ianuarie 2012, LCLS a fost folosit pentru a recrea un fel de stea minusculă în laborator. Laserul a creat materie densă, încălzită la o temperatură de 2.000.000 de grade Celsius. Oamenii de știință s-au apropiat de ceva timp de a înțelege ce se întâmplă exact în interiorul Soarelui. Dar cercetătorii nu aveau planuri de a crea o gaură neagră, chiar și una moleculară. Acest eveniment a fost rezultatul purului hazard în timpul unuia dintre numeroasele experimente.
LCLS iradiază obiecte cu fulgere de raze X incredibil de strălucitoare care durează doar câteva femtosecunde. Într-un alt experiment, oamenii de știință au folosit oglinzi pentru a focaliza un fascicul laser într-un loc de doar 100 de nanometri în diametru, de aproximativ 100 de ori mai mic decât de obicei. Scopul experimentului a fost de a studia reacția atomilor grei la impactul razelor X dure. De aceea a fost important să focalizezi cât mai mult posibil raza laser. Puterea rezultată poate fi comparată cu toată lumina soarelui care cade pe pământ, dacă este focalizată într-un loc de mărimea unei unghii umane.
Oamenii de știință au direcționat toată această energie către atomii de xenon, care conțin fiecare 54 de electroni, precum și către atomii de iod, care au fiecare 53 de electroni. Cercetătorii au presupus că acei electroni care sunt cel mai aproape de centrul atomilor vor fi îndepărtați, ceea ce, de fapt, ar crea un fel de „atomi goali” pentru o perioadă de timp, până când electronii de pe orbitele exterioare au început să umple golurile. În cazul xenonului, exact asta s-a întâmplat. Dar iodul s-a comportat complet diferit. Atomii săi, care fac parte din două molecule, după pierderea electronilor, s-au transformat într-un fel de gaură neagră, atrăgând în sine electroni din atomii de carbon și hidrogen vecini. Laserul a eliminat electronii străini atrași în atom până când a distrus complet întreaga moleculă.
S-a presupus că atomul de iod va pierde doar 47 de electroni, dar ținând cont de electronii extrași de la atomii vecini, oamenii de știință au numărat 54 de bucăți. Și aceasta este o moleculă mai mică. În ceea ce privește molecula mare, cercetătorii încă analizează rezultatele experimentului. Acest lucru nu este atât de ușor de făcut, dar oamenii de știință plănuiesc să-și continue cercetările în această direcție. Rezultatele experienței neobișnuite au fost publicate în revista Nature.