Используя короткие рентгеновские импульсы, ученые получили возможность изменять состояние отдельных атомных ядер. Данный подход может кардинально изменить ядерную физику, открывая возможности не только для изучения состояния нуклонов, но и для их модификации, что позволит создавать материалы с заранее определенными характеристиками.
Научное исследование, посвященное прорывному открытию, сделанному европейскими физиками опубликована в рецензируемом журнале Nature. В исследовании приняли участие специалисты из немецкого Института ядерной физики Общества Макса Планка ( Max Planck Institut für Kernphysik, Гейдельберг), синхротрона DESY (Гамбург) и французского ускорителя ESRF (Гренобль). В ходе эксперимента показано, что возможно управление ядрами атомов изотопа железа 57Fe в течение нескольких зептосекунд (миллиардные доли миллиардной доли секунды), что может показаться совсем незначительным, но лиха беда начало.
Схема экспериментов кажется простой и понятной. Источник рентгеновского излучения кратковременными импульсами облучает первый образец, вызывая его возбуждение и последующее переизлучение в направлении второго образца, который, в свою очередь, получает уже два импульса.
С этими частицами можно взаимодействовать весьма интересными способами. Если первичный пучок фотонов вызвал смещение первого ядра на половину длины волны рентгеновского излучения, то два импульса достигают мишени (второго атома) с некоторым сдвигом. В результате он не переизлучает полученную энергию немедленно, а испытывает дальнейшее возбуждение. По времени, через которое происходит «разрядка» нуклонов второго ядра 57Fe, в действительности ситуация куда сложнее, однако именно так немецкие физики объяснили ход своего эксперимента для тех, кто не был в курсе».
Для специалистов в области ядерной физики это открытие имеет огромное значение. Прежде всего, был разработан способ точного измерения состояния ядра в отдельном атоме. Кроме того, появился метод его непосредственной модификации. Среди перспективных областей применения этой технологии ученые выделяют создание атомных батарей, в которых заряд будет аккумулироваться не посредством ионов (отдающих или принимающих электроны целыми атомами), а с использованием субатомных частиц. Другая важная особенность нового подхода – возможность высокоточного определения частоты колебаний атома, что открывает путь к созданию еще более совершенных часов.
В современной экспериментальной физике разработано множество способов воздействия на отдельные атомы. Однако, в большинстве из них используется облучение мишеней когерентным потоком фотонов, например, лазерным излучением. Взаимодействие мельчайших частиц с этим излучением определяется длиной волны.
Ранее ученые имели ограниченное количество источников рентгеновского излучения, поскольку его высокая частота (и, как следствие, малая длина волны) увеличивает вероятность взаимодействия с атомным ядром. Однако с развитием синхротронов и их возрастающей доступностью ситуация изменилась.