Österreichisch-deutschen Forscherteam zeigt zum ersten Mal eine Quelle der Kohärenz kiloelectronvolt X-Strahlen, die außergewöhnliche Anwendungen verspricht.
Radiologen und Biologen haben immer geträumt - seit der Entdeckung des Lasers - mit einem kompakten Labor-Source-emitting X-Strahlen in einer Richtung in einem Laser-Strahl wie. Eine solche Quelle würde X-ray Bilder zu, die mit weit höherer Auflösung bei stark reduzierten Dosierungen, die Frühphasen-Diagnose Krebs zu erheblich reduzierten Risiko. Mikroskope mit dieser Quelle würde Nanometer-Größe wahrnehmbar Biomolekülen in ihrer natürlichen Umgebung (in vivo). Es kann viele Jahre dauern, bis dieser Traum wird wahr, aber das Experiment berichtet von einer österreichisch-deutschen Zusammenarbeit der Leitung von Ferenc Krausz zeigt ein viel versprechender Weg zur Verwirklichung des Traum eines Tages. Forscher an der TU Wien, der University of W? Rzburg, der Universität München und Max Planck Institut für Quantenoptik gezeigt, die erste Quelle der Laser-wie X-Strahlen bei einer Wellenlänge von 1 Nanometer mit einem kompakten Laborgerät [Nature 433 , 596 (2005)] in einem Experiment in Wien, finanziert von der österreichischen Science Fund. Die Farbe des Lichts hängt von der Länge von ein Zyklus der elektromagnetischen Welle (im Sinne von Physikern als die Wellenlänge), die bis Licht. Rotes Licht hat eine Wellenlänge von etwa 700 Nanometern, in der Erwägung, dass unser Auge wahrnimmt Strahlung als violettes Licht, wenn ihre Wellenlänge ist nur 400 Nanometer. Licht von noch kürzerer Wellenlänge ist unsichtbar (ultraviolettes Licht), und mit der Welle Zyklus verkürzt auf weniger als 1 Nanometer, die X-ray-Regime eingegeben wird.
Die österreichisch-deutsche Team konzentrierte sich eine Sequenz von intensiven ultrakurzen Blitzen von rotem Licht auf ein Gas von Helium-Atome zu konvertieren 700-nm Laser-Licht in ein 1-nm Welle von X-ray ausgestrahlte Licht von der angeregten Atome (Abbildung). Der intensive Laser-Bereich macht die negativ geladenen Elektronen-Wolke führen Riese Schwingungen rund um die positiv geladenen Atom-Kern, damit Sie den Atomen in Antennen. Aufgrund der riesigen Amplitude ihrer Schwingungen, strahlen diese Wellen nicht nur auf die Wellenlänge der Driving-Laser (700 nm), sondern auch bei kürzeren Wellenlängen. Da die Antennen sind in der Phase über der Zeit, sie auch zu halten, wenn emittierende ihre Wellen. Obwohl diese winzigen "atomaren" Wellen sind außerordentlich schwach, weil sie alle schwingen sie in der Zeit in den Aufbau eines X-ray Welle von bedeutenden Intensität in einem hoch-Regie Strahl parallel zu den Laser Vorfall.
Die oben beschriebene Phänomen ist nicht neu. Es hat sich ein Standard-Technik für die Produktion routinemäßig Laser-wie extreme UV-Strahlung bei Wellenlängen bis auf die 10 Nanometer-Regime. Hinausschieben der Grenzen dieser Technologie zu immer kürzeren Wellenlängen hat sich immer schwieriger, weil es erfordert Atome werden ausgesetzt Laserlicht einer immer stärkeren Intensität, die tendenziell zu zerfallen die Atome. Was macht die Situation noch schlimmer, der freien Elektronen riss vor der Atome durch die starke Laser-Bereich behindern den Aufbau einer intensiven Welle aus der Ohnmacht "atomaren" Wellen.
Die Wien-W? Rzburg-München Team haben Überwindung dieser Probleme wird durch Bestrahlung der Atome mit den weltweit kürzesten hoher Intensität Laserpulse, dauerhaft nur 5 Millionstel einer Milliardstel einer Sekunde (= 5 Femtosekunden). Diese Impulse treffen die Atome so abrupt, dass sie keine Zeit zu zerfallen, bevor die emittierende X-ray platzen. Dank dieser extrem kurzen Zeit Interaktion, die Forscher haben nicht nur geschafft, den Nanometer-Barriere, sondern auch eine Quelle von X-Ray Bursts, dass Mai, zum ersten Mal, werden kürzer als 0,1 Femtosekunden (= 100 Attosekunden). Der Röntgenstrahl durch die neue Quelle ist - derzeit - zu schwach für praktische Anwendungen, aber die Forschungs-Team sind zuversichtlich, dass die technischen Verbesserungen werden die X-ray Macht um mehrere Größenordnungen. Sobald diese feat erreicht ist, dieses neuartige Instrument wird die Forschung eröffnen neue Perspektiven in verschiedenen Bereichen der Physik, Biologie und Materialwissenschaften.
Original-Arbeit:
J. Seres, E. Seres, A.J. Verhoef, G. Tempea, C. Streli, P. Wobrauschek, V. Yakovlev, A. Scrinzi, C. Spielmann, F. Krausz
Quelle kohärenter kiloelectronvolt X-Strahlen
Nature 433, 596; 10. Januar 2005
Kontakt:
Prof. Ferenc Krausz
Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Garching, Deutschland
E-Mail: ferenc.krausz @ mpq.mpg.de