SLAC 100-அட்டோசெகண்ட் கடின X-கதிர் துடிப்புகளின் சாதனையைப் பதிவு செய்தது

அதிவேக X-கதிர் அறிவியலுக்கான புதிய அளவுகோல்

அமெரிக்க எரிசக்தித் துறையின் SLAC National Accelerator Laboratory-யைத் தளமாகக் கொண்ட Linac Coherent Light Source (LCLS) ஆய்வாளர்கள், X-கதிர் free-electron laser ஒன்றில் இதுவரை பதிவு செய்யப்பட்ட மிகக் குறுகிய உயர்-ஆற்றல் X-கதிர் துடிப்புகளை அளந்துள்ளனர். அறிக்கையிடப்பட்ட துடிப்புகள் சுமார் 9 கிலோஎலக்ட்ரான் வோல்ட் photon ஆற்றலைக் கொண்டிருந்தன; அவற்றின் கால அளவு 100 முதல் 400 அட்டோசெகண்டுகள் வரை இருந்தது.

ஒரு அட்டோசெகண்ட் என்பது ஒரு விநாடியின் பில்லியனில் ஒரு பில்லியனில் ஒரு பங்கு. இந்தக் கால அளவில், மின்னணு இயக்கம் உள்ளிட்ட பொருளில் நிகழும் மிக வேகமான செயல்முறைகளை ஆய்வாளர்கள் படிக்க விரும்புகின்றனர். கண்டுபிடிப்புகள் Nature Photonics இதழில் வெளியிடப்பட்டன.

இந்த முடிவு துடிப்பின் கால அளவு காரணமாக மட்டுமல்ல, அதை குழுவால் அளக்க முடிந்ததாலும் முக்கியமானது. SLAC ஆய்வாளரும் ஆய்வுக் கட்டுரையின் ஆசிரியருமான Agostino Marinelli கூறுகையில், உயர்-ஆற்றல் அட்டோசெகண்ட் X-கதிர் துடிப்புகளை உருவாக்கும் திறன் பல ஆண்டுகளில் கற்றுக்கொள்ளப்பட்டது; துடிப்புகள் சில நூறு அட்டோசெகண்டுகள் மட்டுமே நீடித்தன என்பதை நிரூபிப்பதே கடினமான பணியாக இருந்தது.

கடின X-கதிர்கள் வேகத்தையும் ஊடுருவலையும் இணைக்கின்றன

இந்தப் பரிசோதனை கடின அல்லது உயர்-ஆற்றல் X-கதிர்களில் கவனம் செலுத்தியது. சுமார் 9-keV துடிப்புகள் அணு அமைப்புகளுக்குள் ஆழமாக ஆய்வு செய்யும் அளவு ஆற்றல் கொண்டவை; அதே நேரத்தில் அதிவேகக் கால அளவுகளில் மின்னணு இயக்கத்தைப் பதிவு செய்யும் அளவு குறுகியவையாகவும் உள்ளன. இந்த இணைவு, பொருளை அதன் மிகச் சிறிய மற்றும் மிக வேகமான அளவுகளில் ஆய்வு செய்யும் பரிசோதனைகளுக்கு அவற்றை முக்கியமானதாக ஆக்குகிறது.

X-கதிர் free-electron laser-க்கு, பயன்படக்கூடிய அறிவியல் திறனை நிறுவ குறுகிய துடிப்புகள் மட்டும் போதாது. துடிப்பின் ஆற்றல், spectrum, வடிவம் மற்றும் கால அளவை வகைப்படுத்தும் வழி ஆய்வாளர்களுக்கு தேவை. இத்தகைய diagnostic இல்லாமல், துல்லியமான நேரக் கட்டுப்பாட்டைச் சார்ந்த பரிசோதனைகளுக்குத் தேவையான நம்பிக்கையுடன் மிகக் குறுகிய துடிப்பை உறுதிப்படுத்த முடியாது.

துடிப்பு diagnostic-ஆக fluorescence-ஐப் பயன்படுத்துதல்

ஆய்வின் முதன்மை ஆசிரியரும் University of Tokyo-வைச் சேர்ந்தவருமான Ichiro Inoue, amplified spontaneous emission அல்லது ASE-ஐ அடிப்படையாகக் கொண்ட மறைமுக அளவீட்டு முறையை முன்மொழிந்தார். தீவிரமாகக் குவிக்கப்பட்ட X-கதிர் துடிப்பு ஒரு பொருளைத் தூண்டி, அது முன்னோக்கித் திசையில் fluorescence வெளியிடும்போது ASE ஏற்படுகிறது. அசல் X-கதிர் துடிப்பு பற்றிய தகவல் அந்த fluorescence-ல் பதிந்திருக்கும்.

LCLS பரிசோதனையில், அட்டோசெகண்ட் X-கதிர்களைக் கொண்டதாக நம்பப்பட்ட ஒரு beam-ஐ குழு உருவாக்கியது. beam-ன் ஒரு பகுதி அதன் ஆற்றல் மற்றும் spectral வடிவத்தை அளந்த detector-க்கு அனுப்பப்பட்டது. மீதமுள்ள beam, copper foil-ன் மீது வெறும் 150 நானோமீட்டர் அகலமுள்ள புள்ளியில் குவிக்கப்பட்டது. அந்த interaction ASE-ஐ உருவாக்கியது; அதை இரண்டாவது detector பதிவு செய்தது.

அசல் beam-ன் அளவீடுகளுடன் fluorescence signal-ஐப் பயன்படுத்தி, துடிப்பின் கால அளவு உள்ளிட்ட X-கதிர் துடிப்பின் பண்புகளை ஆய்வாளர்கள் ஊகிக்க முடிந்தது. இந்த diagnostic, கடின X-கதிர் துடிப்புகள் 100 முதல் 400 அட்டோசெகண்ட் வரம்பில் இருந்தன என்பதற்கான ஆதாரத்தை வழங்கியது.

அளவீடு ஏன் முக்கியம்

மிகக் குறுகிய துடிப்பு ஆராய்ச்சி, ஆய்வு செய்யப்படும் நிகழ்வுடன் நேரக் கருவியைப் பொருத்துவதைச் சார்ந்துள்ளது. நீண்ட கால அளவுகளில் காணப்படும் வேதியியல் மாற்றங்களை விட மின்னணு இயக்கம் மிகவும் வேகமாக நிகழலாம். சில நூறு அட்டோசெகண்டுகள் நீடிக்கும் துடிப்பு, நீண்ட X-கதிர் flashes-ஐ விடக் கூர்மையான temporal window-ஐ கொள்கையளவில் வழங்க முடியும்.

எனவே, புதிதாகக் காட்டப்பட்ட diagnostic, கடின அட்டோசெகண்ட் X-கதிர்களின் உருவாக்கத்தில் முக்கியமான நடைமுறைத் திறனைச் சேர்க்கிறது. துடிப்பின் கால அளவைப் பற்றிய ஊகத்தை நம்புவதற்குப் பதிலாக, அதிவேகப் பரிசோதனைக்கு தேவையான பண்புகள் beam-ல் உள்ளனவா என்பதை ஆய்வாளர்கள் மதிப்பிட முடியும்.

அறிவியல் கருவிகளை முன்னேற்றுவதில் பரிசோதனை முறைகளின் பங்கையும் இந்தப் பணி விளக்குகிறது. அறிக்கையிடப்பட்ட சாதனை beam generation, நானோமீட்டர் அளவிலான focusing, copper target மற்றும் இரண்டு complementary measurements ஆகியவற்றின் சேர்க்கையிலிருந்து வந்தது. அதிவேக beam-ஐ அளக்கக்கூடிய முடிவாக மாற்ற ஒவ்வொரு கூறும் தேவைப்பட்டது.

அடுத்து என்ன

சிறியதும் வேகமானதுமான அளவுகளில் நடைபெறும் பணிகளுக்கு இந்தத் துடிப்புகள் மதிப்புமிக்கவை என்று மூலக் கட்டுரை விவரிக்கிறது. உயர்-ஆற்றல் X-கதிர்கள் அணு அமைப்புகளை ஆய்வு செய்யவும், அட்டோசெகண்ட் timing விரைவான மின்னணு நடத்தையைத் தீர்மானிக்கவும் கூடிய ஆய்வுகளை நோக்கி இந்தக் கண்ணோட்டம் சுட்டுகிறது. புதிய துடிப்புகளால் காணப்பட்ட குறிப்பிட்ட பொருள் அல்லது செயல்முறையை இந்த முடிவு விவரிக்கவில்லை; மாறாக, துடிப்பு திறனை நிறுவி உறுதிப்படுத்துகிறது.

LCLS மற்றும் பரந்த X-கதிர் free-electron-laser துறைக்கு, இந்த முன்னேற்றம் ஒரு புதிய அளவீட்டு அளவுகோலாகும்: சுமார் 9 keV photon ஆற்றலும் 100 அட்டோசெகண்ட் வரை குறையும் கால அளவும் கொண்ட கடின X-கதிர் துடிப்புகள், ASE-அடிப்படையிலான diagnostic மூலம் உறுதிப்படுத்தப்பட்டுள்ளன. கடின X-கதிர்களின் ஊடுருவும் திறனும் அட்டோசெகண்ட் அறிவியலின் temporal resolution-உம் இரண்டும் தேவைப்படும் எதிர்காலப் பரிசோதனைகள் இந்த அடித்தளத்தின் மீது கட்டியெழுப்பலாம்.

முக்கிய அம்சங்கள்

• LCLS 100 முதல் 400 அட்டோசெகண்டுகள் வரை நீடிக்கும் கடின X-கதிர் துடிப்புகளை அளந்தது.
• துடிப்புகள் சுமார் 9 keV photon ஆற்றலைக் கொண்டிருந்தன.
• குழு copper foil-லிருந்து உருவான amplified spontaneous emission-ஐ மறைமுக diagnostic-ஆகப் பயன்படுத்தியது.
• இந்த ஆய்வு Nature Photonics இதழில் வெளியிடப்பட்டது.

இந்தக் கட்டுரை Phys.org-ன் செய்தியறிக்கையை அடிப்படையாகக் கொண்டது. மூலக் கட்டுரையைப் படிக்கவும்.