Учени разкриват как се държат електроните, когато са изложени на рентгенови лъчи. Взаимодействието между рентгеновите лъчи и материята предоставя уникален поглед върху поведението на електроните.
С помощта на лазер със свободни електрони учени от американската Национална ускорителна лаборатория SLAC измерват при рентгенова фотоемисия закъснения, кратки колкото атосекунда - милиардна част от милиардната част от секундата.
Фотоелектричният ефект е процес, при който атом или молекула абсорбира светлина и излъчва електрон. Въпреки че това е фундаментален процес, учените все още не го разбират напълно.
Използвайки въртящото се електрическо поле на инфрачервен лазерен импулс като хронометър, учените измерват това закъснение в молекулите на азотния оксид. Екипът наблюдава закъснение почти два пъти по-дълго от прогнозираното. Този резултат оспорва съществуващите теоретични модели. По-голямото закъснение е резултат от взаимодействията между електроните по време на фотоемисията. Такива взаимодействия са основополагащи за технологии като полупроводници. Въпреки това, те остават изключително трудни за учените да моделират с висока точност.
Рентгеновите лъчи са мощна форма на електромагнитно излъчване, широко използвана в науката, медицината и технологиите. Способността им да проникват през материята и да взаимодействат с атомите ги прави важни инструменти за изучаване на микроскопичния свят.
Последните научни изследвания предоставят нови прозрения за това как се държат електроните, когато са изложени на рентгенови лъчи, разкривайки изненадващи подробности за фундаментални физични процеси.
Когато рентгеновите лъчи ударят атом или молекула, те могат да прехвърлят енергия на електроните. Този процес често води до фотоелектричен ефект, при който електрон абсорбира енергия от рентгеновия фотон и се изхвърля от атома.
Рентгеновите лъчи могат да достигнат електрони близо до ядрото
Това взаимодействие е особено важно, защото рентгеновите лъчи могат да достигнат до електрони на ядрено ниво – тези, разположени близо до ядрото – които са силно чувствителни към взаимодействия с други електрони.
В революционен експеримент учените използват изключително кратки рентгенови импулси – с продължителност само атосекунди (една квинтилионна от секундата) – за да изучат движението на електроните. Тези импулси са генерирани с помощта на лазер със свободни електрони, което позволява на изследователите да наблюдават събития в невероятно малки времеви мащаби.
За да измерят времето на излъчване на електрони, изследователите използват инфрачервен лазер като "часовник". Въртящото се електрическо поле на лазера помага да се определи точно кога е освободен електрон след абсорбиране на рентгенов фотон.
Според традиционните теории, забавянето между абсорбирането на рентгенов фотон и излъчването на електрон трябва да бъде изключително малко. Експериментът обаче разкрива нещо изненадващо: забавянето е почти два пъти по-голямо от прогнозираното и несъответствието възниква поради взаимодействия между електроните вътре в атома или молекулата.
Резултатите показват, че динамиката на електроните е по-сложна, отколкото се смяташе досега
Тези открития оспорват съществуващите теоретични модели и предполагат, че динамиката на електроните е по-сложна, отколкото се смяташе досега.
Електроните не се държат независимо - те си влияят чрез електрически сили. Според прессъобщението на SLAC тези електрон-електронни взаимодействия играят ключова роля в много физически и технологични системи, включително полупроводници и електронни устройства, химични реакции и молекулярни връзки, както и квантови материали и нанотехнологии.
Изследователите също така разкриват, че по-точното разбиране на тези взаимодействия може да доведе до подобрени модели в квантовата физика и по-добри прогнози за поведението на материалите.
Взаимодействието между рентгеновите лъчи и материята предоставя уникален поглед към поведението на електроните. Последните постижения в техниките за ултрабързи измервания разкриват, че електронната емисия не е мигновена, както се смяташе някога, а е повлияна от сложни взаимодействия в атомите.
Тези открития не само задълбочават разбирането ни за фундаменталната физика, но и проправят пътя за иновации в медицината, материалознанието и квантовата технология. С усъвършенстването на експерименталните инструменти учените ще могат да изследват микроскопичния свят с още по-голяма прецизност, отключвайки нови възможности за науката и технологиите.
Справка: T. Driver et al., Attosecond delays in X-ray molecular ionization. Nature 632, 762–767 (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07771-9
Източник: US scientists reveal secrets of electrons behavior, could help explore microscopic world deeper, Interesting Engineering
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
"Ад" на Данте описва удар на астероид 500 години преди съвременната наука
10-годишно момиче открива рядък мексикански аксолотъл. Какво знаем за тези животни
Хората с тъмни черти на характера са естествено склонни към лидерски роли, установява ново проучване
Хората с тъмни черти на характера са естествено склонни към лидерски роли, установява ново проучване