科学家使用部分协方差映射来探测电子动力学

利用一种称为部分协方差映射的技术,科学家们对空心原子的动力学有了新的认识。形成。

在一项关于强光是如何从原子中剥离电子的详细研究中,研究人员使用了x射线激光,即slac的直线相干光源(LCLS),来测量和分类被喷射出的电子,并发现这个过程是如何发生的。

研究结果为科学家们提供了一幅更清晰的图片,让他们了解超纯x射线是如何产生高电荷态的物质的,以及x射线是如何破坏正在研究的样品的,这可能有助于解释一系列LCLS实验的数据。

LCLS上的x射线脉冲如此强烈,以致于它们可以将称为光子的多个光粒子发射到同一个原子中,同时或连续地将多个电子从同一个原子中发射出去,并导致剩余电子的重组。由于电子带负电荷,原子被剥离后带正电荷更大。

在2009年进行的最早的LCLS实验中,研究人员通过测量原子的最终电荷状态,探索了氖原子中的电子剥离过程。

现在,在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上描述的一项实验中,研究人员使用了一项新技术,对剥离过程有了更多的了解。

他们绘制出了被超右翼x射线照射出原子的许多电子的能量特征,并使用一种复杂的算法来识别与同一原子相关的电子。结果也揭示了这个剥离过程的竞争途径的细节。

这项研究是由一个特制的2米长的仪器,称为磁瓶光谱仪,它可以测量大部分逃逸电子的能量。一种复杂的统计技术把电子分成两类。基于它们的能量,比较这些能量并解释LCLS脉冲中固有的能量波动或抖动。

领导这项实验的瑞典乌普萨拉大学的科学家兼教授Raimund Feifel说,之前的研究未能解决电子剥离过程中涉及的一些细节问题。

我们在数据中发现了一些含糊不清的地方。他说。我们想提出一种新的方法,以更有效的方式访问这些状态。

选择氖作为实验对象是因为它的电子数量很少:8个在它的外层,2个在它的内层。实验揭示了从氖原子中剥离电子的所有主要途径,Feifel说。在某些情况下,强烈的x射线脉冲会首先剥离氖原子的外层电子,而在其他情况下,核心电子会先被踢走,从而形成所谓的空心层。原子。

喷射电子的能量揭示了它们是来自内壳还是外层。

我们可以很清楚地看到这两个过程,Feifel说。当一个原子从同一光脉冲中吸收两个x射线光子时,这两种过程都可能发生。这个实验揭示了电子剥离过程的时间顺序的惊人细节。

我们真的希望这些结果能够促进x射线成像技术中电子剥离效应模型的改进。这可能最终帮助解决重要的生物蛋白质的结构和使用LCLS的其他样本。

负责管理LCLS软x射线部门并参与实验的科学家John Bozek说,统计技术为研究电子被敲除时其他原子和分子中逐渐带电态的形成或电离提供了重要的基准。它显示了电离过程中不同过程的相关性,这样你就能知道在电离过程中哪些过程更重要,哪些可以忽略。Bozek说。

研究小组仍在分析其他数据,更复杂的样品,以同样的技术研究在LCLS,包括碳氢化合物和环状分子与生物学相关,Feifel说。他们还计划进行实验,以获取原子和原子群的带电状态的数据。

发表:L. J. Frasinski等人,用部分协方差映射探测强x射线脉冲中中空原子形成的动力学。理论物理。修订Lett. 111, 073002, 2013;doi: 10.1103 / PhysRevLett.111.073002

图片:格雷格·斯图尔特/线性;L.J.弗拉辛斯基等。