Registra el movimiento de los electrones dentro de un átomo.

(Noticias de NanwerkLos láseres libres de electrones (XFEL) han emitido pulsos ultracortos de rayos X en el rango de femtosegundos durante más de una década. Femtosegundo es equivalente a una millonésima de mil millonésima de segundo.

Una de las aplicaciones más prometedoras para los XFEL es la biología, donde los investigadores pueden capturar imágenes hasta la escala atómica incluso antes de que el daño por radiación dañe la muestra. En física y química, estos rayos X también pueden iluminar los procesos más rápidos de la naturaleza con una velocidad de obturación que dura solo un femtosegundo.

Las mediciones en escalas de tiempo pequeñas son particularmente difíciles

Sin embargo, en estas pequeñas escalas de tiempo, es extremadamente difícil sincronizar el pulso de rayos X que provoca una reacción en la muestra por un lado y el pulso láser que lo está observando por otro lado. Este problema se llama jitter de tiempo y es un obstáculo importante en los esfuerzos en curso para realizar experimentos con resolución temporal en XFEL con una precisión más corta.

Ahora, un gran equipo de investigación internacional ha desarrollado un método para superar este problema en XFEL y ha demostrado su eficacia midiendo un proceso de descomposición básico en gas neón. Los electrones acelerados por el acelerador lineal SLAC ingresan a la cámara de corrugación LCLS y conducen un guante de 32 corrugaciones fuertes. Cada forma de onda contiene 224 imanes cuyos polos alternos fuerzan a los electrones a zigzaguear violentamente e irradiar los rayos X. Para cuando abandonan la cámara de ondulación, los pulsos de láser de rayos X son mil millones de veces más brillantes que las fuentes de rayos X de sincrotrón convencionales, lo que abre un nuevo campo de experimentos y descubrimientos potenciales. (Foto: Christopher Smith / SLAC National Accelerator Laboratory)

Un buen momento puede evitar daños por radiación

¿Varios sistemas biológicos? Algunos son no biológicos. Sufre daños cuando se excita con el pulso de rayos X de XFEL. Una de las causas del daño es el proceso conocido como caries de barrena. El pulso de rayos X expulsa los fotoelectrones de la muestra, lo que hace que sean reemplazados por los electrones de la capa exterior. Cuando estos electrones externos se relajan, liberan energía que luego puede estimular la emisión de otro electrón, conocido como electrón o barrena.

El daño por radiación resulta tanto de los intensos rayos X como de la emisión continua de electrones sinfín, que pueden degradar rápidamente la muestra. El momento de esta desintegración ayudará a evitar daños por radiación en experimentos que estudian diferentes moléculas. Además, la descomposición de la barrena es un parámetro clave en estudios de casos de materia exótica y altamente excitada, que solo se puede investigar en XFEL.

El equipo de investigación ofrece un enfoque pionero y muy riguroso

Para mapear la desintegración de Oger, los científicos utilizaron una técnica llamada línea de attosegundos, que se basa en mapear electrones en miles de imágenes y extrapolar su tiempo de emisión en función de las tendencias globales en los datos.

En la primera aplicación de su método, el equipo utilizó gas neón, en el que el momento de la descomposición se infirió en el pasado. ¿Después de exponer tanto los fotoelectrones como los electrones de la barrena a una línea exterior? El pulso láser, los investigadores determinaron su energía cinética final en cada una de las decenas de miles de mediciones individuales.

Fundamentalmente, en cada medición, los electrones ooge siempre interactúan con el pulso láser intermitente un poco más tarde que los fotoelectrones que se desplazaron inicialmente, porque se emiten más tarde. Dice el profesor Reinhard Kinberger, quien ayudó a desarrollar el diseño del experimento. Esta constante es la base de la técnica. ??

Al combinar varias observaciones individuales, el equipo pudo crear un mapa detallado del proceso físico, identificando así el retardo de tiempo característico entre la emisión de la imagen y la barrena (Física de la naturalezaY el «Registro del tiempo de los electrones de la barrena»).

Manera de destacar el éxito

La precisión requerida para tiempos elevados es posible gracias al llamado método de racha. «Esta técnica se ha aplicado con éxito en nuestro laboratorio. En muchos de los artículos iniciales de nuestro grupo, realizamos mediciones de resolución temporal en un láser de electrones libres utilizando el método de racha», dice Albert Schleiter, estudiante de doctorado en TUM, coautor de la publicación. «Con este método, pudimos medir el retraso entre la ionización de rayos X y la emisión de Oger en gases de neón con la mayor precisión», explica el autor principal Dan Heinz del Instituto Max Planck para la Estructura y Dinámica de la Materia en Hamburgo.

Los investigadores esperan que las líneas de autorreferencia tengan un impacto más amplio en el campo de la ciencia ultrarrápida. El coautor Markus Wurzer, estudiante de doctorado del profesor Kienberger, agrega: «El proceso de autorreferencia puede facilitar una nueva clase de experimentos que aprovechen la extrema flexibilidad y solidez de los XFEL sin comprometer la precisión del tiempo».