Il SLAC misura lampi di raggi X duri sotto i 400 attosecondi

Al Linac Coherent Light Source del SLAC, un fascio di raggi X ad alta energia viene diviso in due. Una metà va dritta verso un rilevatore che registra il suo spettro energetico. L'altra viene focalizzata su un punto largo 150 nanometri di una lamina di rame, che emette luce di fluorescenza. Leggendo insieme le due misure, il team è riuscito a calcolare quanto è durato l'impulso: tra 100 e 400 attosecondi, con energie intorno a 9 keV.

Produrre un impulso del genere è difficile, misurarlo lo è ancora di più. Ichiro Inoue, professore all'Università di Tokyo e primo autore, ha proposto la tecnica indiretta basata sull'emissione spontanea amplificata, un processo di emissione di luce. Agostino Marinelli, professore al SLAC e co-autore dello studio, ha dichiarato che il team aveva passato diversi anni a imparare a creare questi impulsi attosecondici ad alta energia, e che misurarli è ancora molto più difficile. La nuova diagnostica è la prima a dimostrare che gli impulsi durano davvero solo poche centinaia di attosecondi. Il metodo estende inoltre la scienza degli attosecondi a circa 9 keV, un ordine di grandezza oltre i precedenti esperimenti con raggi X molli, che operavano sotto i 5 keV.

La ragione per puntare a energie più alte è la profondità. I raggi X molli, quelli a energia più bassa, sono adatti a studiare i legami chimici nel guscio più esterno di un atomo. I raggi X duri, oltre i 5 keV, penetrano nella materia densa e permettono agli scienziati di individuare gli elettroni con precisione atomica. Sam Vinko, fisico dell'Università di Oxford, descrive il problema tipico con i plasmi: il campione viene eccitato, poi si rilassa e si ricombina prima che si possa effettuare una misura, così i ricercatori si affidano spesso a modelli e ipotesi. Ora gli scienziati possono puntare a sistemi estremi, come quelli degli esperimenti di energia da fusione a confinamento inerziale, e catturare gli stati eccitati del nucleo prima che si offuschino o evolvano.

I raggi X distruggono spesso i delicati campioni che analizzano. Questi lampi finiscono prima che possano verificarsi danni o decadimento, così i ricercatori possono fotografare un sistema nel suo stato intatto. Tais Gorkhover, dell'Università di Amburgo, ritiene che questa capacità possa migliorare l'imaging su scala nanometrica e, in prospettiva, aiutare a controllare o persino invertire le interazioni tra luce e materia.

A trarre beneficio per primi sono coloro che già usano i lampi: gli scienziati che seguono il movimento degli elettroni negli atomi e nei plasmi densi, e i ricercatori sulla fusione energetica i cui esperimenti sono indicati come obiettivi. Per loro il cambiamento è pratico: un otturatore più veloce del decadimento atomico, con il campione lasciato intatto. Lo studio non indica una data per un accesso più ampio a questi impulsi, né dice quando altre strutture potrebbero riprodurre la misura.