अल्ट्राफास्ट X-रे विज्ञान के लिए नया मानक
अमेरिकी ऊर्जा विभाग की SLAC National Accelerator Laboratory में स्थित Linac Coherent Light Source (LCLS) के शोधकर्ताओं ने X-रे फ्री-इलेक्ट्रॉन लेजर में अब तक दर्ज की गई सबसे छोटी उच्च-ऊर्जा X-रे पल्स को मापा है। रिपोर्ट की गई पल्स में लगभग 9 किलोइलेक्ट्रॉनवोल्ट की फोटॉन ऊर्जा थी और उनकी अवधि 100 से 400 एटोसेकंड के बीच थी।
एक एटोसेकंड, एक सेकंड के एक अरबवें हिस्से के भी एक अरबवें हिस्से के बराबर होता है। इस समय-मान पर शोधकर्ता पदार्थ में होने वाली अत्यंत तेज प्रक्रियाओं, जिनमें इलेक्ट्रॉनिक गति भी शामिल है, का अध्ययन करना चाहते हैं। निष्कर्ष Nature Photonics में प्रकाशित हुए।
यह परिणाम केवल पल्स की अवधि के कारण महत्वपूर्ण नहीं है, बल्कि इसलिए भी महत्वपूर्ण है कि टीम उसे मापने में सक्षम रही। SLAC के शोधकर्ता और अध्ययन के लेखक Agostino Marinelli के अनुसार, उच्च-ऊर्जा एटोसेकंड X-रे पल्स उत्पन्न करना कई वर्षों में सीखा गया था; यह प्रदर्शित करना कि पल्स केवल कुछ सौ एटोसेकंड लंबी थीं, अधिक कठिन कार्य था।
हार्ड X-रे गति और भेदन क्षमता को जोड़ती हैं
प्रयोग हार्ड या उच्च-ऊर्जा X-रे पर केंद्रित था। लगभग 9-keV की पल्स इतनी ऊर्जावान होती हैं कि वे परमाणु प्रणालियों के भीतर गहराई तक जांच कर सकती हैं और साथ ही इतनी संक्षिप्त भी होती हैं कि अल्ट्राफास्ट समय-मान पर इलेक्ट्रॉनिक गति को दर्ज किया जा सके। यह संयोजन उन्हें उन प्रयोगों के लिए प्रासंगिक बनाता है, जिनका उद्देश्य पदार्थ का उसके सबसे छोटे और सबसे तेज पैमाने पर अध्ययन करना है।
X-रे फ्री-इलेक्ट्रॉन लेजर के लिए केवल छोटी पल्स पर्याप्त नहीं होतीं, ताकि उपयोगी वैज्ञानिक क्षमता स्थापित की जा सके। शोधकर्ताओं को पल्स की ऊर्जा, स्पेक्ट्रम, आकार और अवधि को निर्धारित करने का तरीका चाहिए। ऐसे निदान के बिना अल्ट्राशॉर्ट पल्स की पुष्टि उस भरोसे के साथ नहीं की जा सकती, जो सटीक समय-निर्धारण पर निर्भर प्रयोगों के लिए आवश्यक है।
पल्स के निदान के रूप में फ्लोरेसेंस का उपयोग
अध्ययन के प्रमुख लेखक और University of Tokyo के Ichiro Inoue ने amplified spontaneous emission, या ASE, पर आधारित अप्रत्यक्ष मापन पद्धति प्रस्तावित की। ASE तब होता है जब अत्यधिक केंद्रित X-रे पल्स किसी पदार्थ को उत्तेजित करती है और उसे आगे की दिशा में फ्लोरेस करने का कारण बनती है। मूल X-रे पल्स की जानकारी इस उत्सर्जित फ्लोरेसेंस में समाहित होती है।
LCLS प्रयोग में टीम ने ऐसी बीम उत्पन्न की, जिसके बारे में माना गया कि उसमें एटोसेकंड X-रे शामिल हैं। बीम के एक हिस्से को ऐसे डिटेक्टर में भेजा गया, जिसने उसकी ऊर्जा और स्पेक्ट्रल आकार को मापा। शेष बीम को तांबे की फॉइल पर केवल 150 नैनोमीटर चौड़े स्थान पर केंद्रित किया गया। इस अंतःक्रिया से ASE उत्पन्न हुआ, जिसे दूसरे डिटेक्टर ने कैप्चर किया।
मूल बीम के मापों के साथ फ्लोरेसेंस सिग्नल का उपयोग करके शोधकर्ता X-रे पल्स के गुणों, जिनमें उसकी अवधि भी शामिल है, का अनुमान लगा सके। निदान से प्रमाण मिला कि हार्ड X-रे पल्स 100 से 400 एटोसेकंड की सीमा में थीं।
मापन क्यों महत्वपूर्ण है
अल्ट्राशॉर्ट-पल्स अनुसंधान उस घटना के अनुरूप समय-निर्धारण उपकरण पर निर्भर करता है, जिसका अध्ययन किया जा रहा हो। इलेक्ट्रॉनिक गति लंबे समय-मान पर दिखाई देने वाले रासायनिक बदलावों की तुलना में कहीं अधिक तेजी से घटित हो सकती है। कुछ सौ एटोसेकंड तक चलने वाली पल्स, सिद्धांततः, लंबी X-रे चमकों की तुलना में कहीं अधिक स्पष्ट समय-खिड़की प्रदान कर सकती है।
इसलिए नया प्रदर्शित निदान हार्ड एटोसेकंड X-रे के उत्पादन में एक महत्वपूर्ण व्यावहारिक क्षमता जोड़ता है। पल्स की अवधि के बारे में अनुमान पर निर्भर रहने के बजाय शोधकर्ता यह जांच सकते हैं कि बीम में अल्ट्राफास्ट प्रयोग के लिए आवश्यक विशेषताएं हैं या नहीं।
यह कार्य वैज्ञानिक उपकरणों को आगे बढ़ाने में प्रायोगिक विधियों की भूमिका को भी दर्शाता है। रिपोर्ट किया गया रिकॉर्ड बीम उत्पादन, नैनोमीटर-पैमाने पर फोकसिंग, तांबे के लक्ष्य और दो पूरक मापों के संयोजन से हासिल हुआ। अल्ट्राफास्ट बीम को मापने योग्य परिणाम में बदलने के लिए प्रत्येक तत्व आवश्यक था।
आगे क्या होगा
मूल लेख में इन पल्स को सबसे छोटे और सबसे तेज पैमानों पर काम के लिए उपयोगी बताया गया है। यह दृष्टिकोण उन अध्ययनों की ओर संकेत करता है, जिनमें उच्च-ऊर्जा X-रे परमाणु प्रणालियों की जांच कर सकती हैं और एटोसेकंड समय-निर्धारण तीव्र इलेक्ट्रॉनिक व्यवहार को स्पष्ट कर सकता है। रिपोर्ट किया गया परिणाम स्वयं किसी विशेष पदार्थ या प्रक्रिया का वर्णन नहीं करता, जिसे नई पल्स से देखा गया हो; यह पल्स की क्षमता को स्थापित और सत्यापित करता है।
LCLS और व्यापक X-रे फ्री-इलेक्ट्रॉन-लेजर क्षेत्र के लिए यह प्रगति एक नया मापन मानक है: लगभग 9 keV की फोटॉन ऊर्जा और 100 एटोसेकंड तक की अवधि वाली हार्ड X-रे पल्स, जिसकी पुष्टि ASE-आधारित निदान से हुई। भविष्य के प्रयोग इस आधार पर आगे बढ़ सकते हैं, जब उन्हें हार्ड X-रे की भेदन क्षमता और एटोसेकंड विज्ञान के समय-विभेदन, दोनों की आवश्यकता हो।
मुख्य बिंदु
- LCLS ने 100 से 400 एटोसेकंड तक चलने वाली हार्ड X-रे पल्स को मापा।
- पल्स में लगभग 9 keV की फोटॉन ऊर्जा थी।
- टीम ने अप्रत्यक्ष निदान के रूप में तांबे की फॉइल से amplified spontaneous emission का उपयोग किया।
- अध्ययन Nature Photonics में प्रकाशित हुआ।
यह लेख Phys.org की रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें।
Originally published on phys.org
