Полученные данные могут помочь в будущих исследованиях и могут привести к новым способам диагностики в будущем.Фукс и его коллеги заставили два рентгеновских фотона одновременно столкнуться с одним атомом, что преобразовало их в один более энергичный рентгеновский фотон. Это явление, которое не происходит при нормальных обстоятельствах, и результаты первого в истории эксперимента были опубликованы в журнале Nature Physics.
Фукс, доцент кафедры физики и астрономии, является ведущим автором статьи. Другие участники — из Стэнфордского центра линейных ускорителей, Стэнфордского университета и Университета Бар-Илан в Израиле.
«Эксперимент был самым первым исследованием такого рода, а это означает, что мы вошли в то, что вы назвали бы« Нойланд »(по-немецки неизведанная территория)», — сказал Фукс.Ученые впервые наблюдали подобный процесс с использованием видимого света высокой интенсивности в 1960-х годах, в результате чего технология использовалась в большинстве лазерных лабораторий и даже во многих лазерных указках, доступных для потребителей.
Однако до недавнего времени было невозможно наблюдать такие взаимодействия на длинах волн рентгеновского излучения, поскольку не существовало источника рентгеновского излучения, который мог бы производить рентгеновское излучение достаточной интенсивности.По словам Фукса, поскольку они имеют небольшую длину волны, которая позволяет ученым разделять материю до размеров составляющих ее атомов, рентгеновские лучи обычно используются для «глубокого изучения» материи. Структура двойной спирали ДНК была одним из самых известных открытий с использованием рентгеновских лучей.
В области рентгеновских лучей было присуждено не менее 15 Нобелевских премий и целых 28, если считать открытия, косвенно использующие рентгеновские лучи.Фукс и другие члены команды использовали новый источник рентгеновского излучения, рентгеновский лазер на свободных электронах в Национальной ускорительной лаборатории в Калифорнии, для проведения экспериментов. Имея длину более километра, это единственная подобная машина в Японии.Сфокусировав полную мощность аппарата в пятно размером всего 100 нанометров, команда сгенерировала рентгеновский луч с интенсивностью, эквивалентной всему солнечному излучению, которое падает на поверхность Земли, но сконцентрировано в области диаметром с человеческий волос.
«Нам нужна была такая экстремальная интенсивность, чтобы повысить шансы того, что оба фотона встретятся точно в нужном месте и точно в нужное время на одном из множества атомов, которые были освещены», — сказал Фукс. «Даже в этом случае вероятность того, что это нелинейное взаимодействие происходит с любым заданным атомом, меньше, чем выигрыш в лотерею».Однако ученые обнаружили несколько неожиданных результатов.
Энергия преобразованных фотонов была намного ниже ожидаемой, что указывает на то, что физика взаимодействия может быть богаче и интереснее, чем предполагалось.Один ученый, анонимно прокомментировавший исследование, сказал, что, когда это явление станет более понятным, оно станет частью учебников по физике рентгеновских лучей и нелинейной оптике.
«Этот эксперимент только начинается», — сказал Фукс. «Если наше новое понимание этого фундаментального процесса может быть подтверждено будущими экспериментами, это может оказать значительное влияние на будущие эксперименты, которые будут проводиться с высокой интенсивностью рентгеновского излучения, и могут привести к новым методам диагностики материи».