Gli scienziati hanno compiuto un importante passo avanti nella scienza dei raggi X creando impulsi di raggi X duri attosecondi ad alta potenza con frequenze di ripetizione di megahertz, consentendo lo studio della dinamica degli elettroni ad ultra velocità e misurazioni non distruttive a livello atomico. Questi impulsi sono significativi per la loro capacità di catturare rapidi movimenti degli elettroni, portando a potenziali applicazioni nella cristallografia attosecondi e impatti trasformativi in varie discipline scientifiche.
Avanzamento nella Tecnologia degli Impulsi di Raggi X
Un team di ricercatori presso European XFEL e DESY ha compiuto un avanzamento rivoluzionario nella scienza dei raggi X creando impulsi di raggi X duri attosecondi ad alta potenza con frequenze di ripetizione di megahertz. Questo risultato apre nuove possibilità per lo studio della dinamica degli elettroni ad ultra velocità e per effettuare misurazioni atomiche non distruttive. I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati il 25 novembre su Nature Photonics.
I ricercatori hanno generato con successo impulsi di raggi X duri a singola impennata con livelli di energia superiori a 100 microjoule e durate degli impulsi di soli pochi centinaia di attosecondi. Per contestualizzare, un attosecondo è un quintilionesimo di secondo, una scala temporale così breve che consente agli scienziati di osservare i movimenti più veloci degli elettroni nella materia.
Nuove Opportunità nella Ricerca a Livello Atomico
Questi impulsi di raggi X attosecondi ad alta potenza potrebbero aprire nuove vie per lo studio della materia a livello atomico, afferma Jiawei Yan, fisico presso European XFEL e autore principale dello studio pubblicato su Nature Photonics. Con questi raggi X unici, possiamo effettuare misurazioni veramente prive di danni delle proprietà strutturali ed elettroniche. Questo apre la strada a studi avanzati come la cristallografia attosecondi, permettendoci di osservare la dinamica elettronica nello spazio reale.
I metodi tradizionali per generare impulsi di raggi X duri ultra-corti richiedevano una drastica riduzione della carica del gruppo di elettroni a decine di picocoulomb, limitando l’energia dell’impulso e l’uso pratico. Il team ha sviluppato un metodo di auto-impennamento, utilizzando gli effetti collettivi dei fasci di elettroni e sistemi di trasporto fasci specializzati presso European XFEL. Questo approccio consente la generazione di impulsi di raggi X attosecondi a potenza di picco su scala terawatt e frequenze di ripetizione di megahertz senza ridurre la carica del gruppo di elettroni.
Potenziale Trasformativo per la Ricerca Scientifica
Unendo impulsi ultra-corti con frequenze di ripetizione di megahertz, possiamo ora raccogliere dati molto più velocemente e osservare processi che erano precedentemente nascosti alla vista, afferma Gianluca Geloni, responsabile del gruppo di fisica FEL presso European XFEL. Questo sviluppo promette di trasformare la ricerca in molteplici campi scientifici, specialmente per l’imaging a livello atomico di molecole proteiche e materiali e per investigare fenomeni non lineari dei raggi X.
Riferimento: Terawatt-attosecond hard X-ray free-electron laser at high repetition rate di Jiawei Yan, Weilun Qin, Ye Chen, Winfried Decking, Philipp Dijkstal, Marc Guetg, Ichiro Inoue, Naresh Kujala, Shan Liu, Tianyun Long, Najmeh Mirian e Gianluca Geloni, 25 novembre 2024, Nature Photonics. DOI: 10.1038/s41566-024-01566-0
