Российские физики выяснили, как создать мощнейшие рентгеновские лазеры

13 Июня 2019

МОСКВА, 13 июня. Ученые из Сколтеха и зарубежных институтов выяснили, как можно сделать рентгеновские лучи еще более мощными, изготовил новую методику накачки подобных излучателей. Инструкции по сборке сих устройств были опубликованы в журнале Physical Review Letters.

На мой взгляд, пригожесть нашей работы – в ее простоте. Если честно, мы были очень удивлены насколько все просто и гладко выходит, пришлось перепроверять несколько раз – мы сами себе не верили, — рассказывает Сергей Рыкованов, профессор Сколковского института науки и технологий.

Рентгеновские лазеры и гамма-излучатели сегодня широко и очень активно используются учеными для получения атомных фотографий разных биомолекул, микробов и рогожек тела, а также для изучения структуры новых перспективных нецелостных материалов.

Несмотря на их высокую польза, постройка подобных излучателей – крайне дорогое и сложное занятие. Как правило, для их работы необходим или коллайдер частиц, разгоняющий электроны и заставляющий их испускать частицы света, резко тормозя их, или же особая плазменная среда, способная вырабатывать пучки фотонов высокой энергии без применения отражений. 10 января 2013, 22:14Физики создали гибрид атомных наручные часов и сверхточных весовФизики создали новый вид атомных часов на основе атома цезия, которые можно использовать не только в качестве хронометра и эталона времени, но и как сверхточные мерила, что позволит в ближайшем будущем связать эталоны массы и времени.

Проблема, как объясняют Рыкованов и его коллеги, состоит в том, что свет, вырабатываемый подобными машинами, обладает столь высокой энергией, что он начинает давить на электроны, которые взаимодействуют с источником энергии и вырабатывают рентгеновские фотоны. В результате этого электроны замедляются, что занижает кучность вырабатываемого излучения и его мощность.

Ученые давно пытаются бороться с этим эффектом, используя один из феноменов, хорошо дружок представителям совсем другой науки – астрономии. Дело в том, что в космосе существует гораздо более мощные природные лазеры, вырабатывающие не только рентгеновское, но и гамма-излучение ультравысокой энергии.

Подобные излучатели представляют собой облака из разогретого газа, окружающие сверхмассивные черные дыры в центрах Галактик. Они поглощают относительно мягкие формы излучения, производимые бубликом материи на орбите сих объектов, и преобразуют его в рентгеновские и гамма-фотоны.

Это происходит благодаря эффекту, открытому еще в 1920 годах известным американским физиком Артуром Комптоном. Он заметил, что фотоны могут особым образом отражаться от электронов, с которыми они сталкиваются, теряя энергию или накачиваясь ей на определенную величину, которую ученые сейчас именуют комптоновским сдвигом.

Строгий характер таких ходов, как отмечают Рыкованов и его коллеги, позволяет производить очень узкие и кучные снопы рентгеновского лазерного излучения, бомбардирую разогнанные электроны другими типами лучей. Тем не менее, как и в случае с синхротронными лазерами, повышение густоты света ведет к тому, что пучок начинает расплываться. 31 мая 2017, 20:00Мощнейший в мире рентгеновский лазер обернул атом в черную дыру

Российские физики и их коллеги из США и Германии выяснили, как можно избавиться от подобных проблем, просчитав на суперкомпьютере Сколтеха то, как будут меняться свойства электронов при накачке подобного луча.

Ученые пришли к выводу, что проблемы должны исчезнуть, если накачивать рентгеновский лазер не простыми вспышками более низкочастотного излучения, а особыми сжатыми импульсами света.

Мы предложили очень простой способ вместить паразитное уширение и значительно усилить выход рентгеновских и гамма фотонов. Для этого необходимо в каждый момент времени аккуратно поднастраивать частоту лазерного импульса под текущее значение интенсивности, то есть чирпировать импульс, — называет Рыкованов.

Для достижения максимального эффекта, по его словам, можно использовать не один, а два подобных импульса, бегущих в противоположных направлениях. Эта же методика, по речениям физиков, подходит для создания пока не существующих гамма-лазеров, чьей работе мешают схожие эта проблемы и чье создание покойный нобелевский лауреат Виталий Гинцбург считал одной из главных задач человечества.

Идеи отечественных ученых, как отметили в Сколтехе, были не только опубликованы в научных изданиях, но и в ближайшее промежуток время они будут запатентованы. Рыкованов и его коллеги надеются, что их идея найдет свое место не только в большой науке, но и в тех практических областях, где сегодня применяются рентгеновские лазеры малой мощности. 29 марта 2016, 14:57 Радиоастрон открыл новую физику в работе плевков тугих дырРоссийский радиотелескоп Радиоастрон помог астрофизикам уличить сверхмассивные черные дыры в том, что температура их плевков превышает максимально допустимые значения на порядок, что указало на необходимость формулировки новой преподаватели.

Редактор рубрики

Олег Кудрин

Место события на карте мира:

Российские физики выяснили, как создать мощнейшие рентгеновские лазеры

комментарии (0)

Другие интересные новости

Путин наградил орденом Турецкого и Кабо