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At SLAC's Linac Coherent Light Source, a beam of high-energy X-rays is split in two. One half runs straight to a detector that records its energy spectrum. The other is focused onto a spot 150 nanometers wide on a sheet of copper foil, which gives off fluorescent light. Read together, the two measurements let the team calculate how long the pulse lasted: between 100 and 400 attoseconds, at energies around 9 keV.
Na Linac Coherent Light Source do SLAC, um feixe de raios X de alta energia é dividido em dois. Uma metade segue diretamente para um detetor que regista o seu espetro de energia. A outra é focada num ponto com 150 nanómetros de largura numa folha de cobre, que emite luz fluorescente. Lidas em conjunto, as duas medições permitem à equipa calcular a duração do impulso: entre 100 e 400 attossegundos, com energias em torno de 9 keV.
Making such a pulse is hard, and measuring one is harder. Ichiro Inoue, a professor at the University of Tokyo and lead author, proposed the indirect technique based on amplified spontaneous emission, a light-emission process. Agostino Marinelli, a SLAC professor and study author, said the team had spent several years learning to create these high-energy attosecond pulses, and that measuring them is much harder still. The new diagnostic is the first to show the pulses really are only a few hundred attoseconds long. The method also extends attosecond science to about 9 keV, an order of magnitude beyond earlier soft X-ray experiments that operated below 5 keV.
Produzir um impulso destes é difícil, e medi-lo é ainda mais. Ichiro Inoue, professor na Universidade de Tóquio e primeiro autor, propôs a técnica indireta baseada na emissão espontânea amplificada, um processo de emissão de luz. Agostino Marinelli, professor do SLAC e autor do estudo, afirmou que a equipa passou vários anos a aprender a criar estes impulsos attossegundo de alta energia e que medi-los é ainda muito mais difícil. O novo diagnóstico é o primeiro a mostrar que os impulsos duram de facto apenas algumas centenas de attossegundos. O método estende também a ciência attossegundo a cerca de 9 keV, uma ordem de grandeza acima das experiências anteriores com raios X moles, que funcionavam abaixo de 5 keV.
The reason to go higher in energy is depth. Soft X-rays, the lower-energy kind, are well suited to chemical bonds in an atom's outer shell. Hard X-rays above 5 keV penetrate dense matter, which lets scientists pinpoint electrons with atomic precision. Sam Vinko, a physicist at the University of Oxford, describes the usual problem with plasma: the sample is excited, then relaxes and recombines before a measurement can be taken, so researchers often rely on models and assumptions. Scientists can now target extreme systems, such as those in inertial fusion energy experiments, and capture core-excited states before they blur or evolve.
A razão para subir em energia é a profundidade. Os raios X moles, de menor energia, são bem adequados para as ligações químicas na camada externa de um átomo. Os raios X duros, acima de 5 keV, penetram na matéria densa, o que permite aos cientistas localizar eletrões com precisão atómica. Sam Vinko, físico na Universidade de Oxford, descreve o problema habitual com os plasmas: a amostra é excitada, depois relaxa e recombina-se antes de ser possível fazer uma medição, pelo que os investigadores recorrem com frequência a modelos e pressupostos. Os cientistas podem agora visar sistemas extremos, como os das experiências de fusão por confinamento inercial, e captar estados de excitação do núcleo antes de estes se esbaterem ou evoluírem.
X-rays often destroy the delicate samples they scan. These flashes finish before damage or decay can occur, so researchers can photograph a system in its untouched state. Tais Gorkhover of the University of Hamburg thinks this ability may improve nanoscale imaging and could eventually help control, or even reverse, light-matter interactions.
Os raios X destroem frequentemente as amostras delicadas que analisam. Estes flashes terminam antes de poderem ocorrer danos ou decaimento, pelo que os investigadores conseguem fotografar um sistema no seu estado intacto. Tais Gorkhover, da Universidade de Hamburgo, considera que esta capacidade poderá melhorar a imagiologia à nanoescala e, eventualmente, ajudar a controlar, ou mesmo inverter, as interações entre luz e matéria.
The people who gain first are those already using the flashes, scientists tracking electron motion in atoms and dense plasmas, and fusion-energy researchers whose experiments are named as targets. For them, the change is practical: a shutter faster than atomic decay, with the sample left intact. The study gives no date for wider access to such pulses, and it does not say when other facilities could reproduce the measurement.
Quem ganha primeiro são os que já utilizam os flashes, cientistas que seguem o movimento dos eletrões em átomos e plasmas densos, e os investigadores da energia de fusão cujas experiências são citadas como alvos. Para eles, a mudança é prática: um obturador mais rápido do que o decaimento atómico, com a amostra preservada. O estudo não indica qualquer data para um acesso mais alargado a estes impulsos, nem diz quando outras instalações poderão reproduzir a medição.