36 elektronów wzbudzonych naraz przez laser

Za pomocą najsilniejszego lasera rentgenowskiego znajdującego się w Kalifornii międzynarodowy zespół naukowców odkrył niezwykłe zachowanie atomów. Wzbudzając pojedynczy błysk promienia rentgenowskiego za jednym razem wybito 36 elektronów z atomu ksenonu. Jest to o wiele więcej elektronów niż to przewidują obliczenia dla promienia Rentgena.

Kiedy atom traci elektron zyskuje dodatni ładunek elektryczny – staje się jonem. Jonizacja jest tym silniejsza, im więcej elektronów zostanie usuniętych z atomu. Energia pojedynczego fotonu promienia Rentgena wynosi 1,5 keV – tysiąc razy więcej niż światła widzialnego. Gdy taka energia trafi w elektron, może on zostać wybity z atomu.

Zgodnie z obliczeniami, maksymalnie 26 do 54 elektronów atomów należący do gazów szlachetnych może być wybitych, pozostałe wymagają zbyt dużej energii. W praktyce wybicie 36 elektronów to największa jonizacja, jakiej udało się dokonać pojedynczym impulsem elektromagnetycznym. Przyczyną, dla której udało się wybić tak dużo elektronów, jest rezonans - elektrony ksenonu mogą zaabsorbować dużą ilość energii promieni X. Część z nich jest bezpośrednio wybijana z atomu, podczas gdy reszta jest wzbudzana, czyli ma wyższą energię. Gdy któryś z elektronów zwraca tę energię, jest ona przejmowana przez inny wzbudzony elektron, co wystarcza na wybicie tego drugiego. W rzadkich przypadkach już we wzbudzony elektron uderza kolejny foton promieni X i zostaje on wybity z powłok atomu. W efekcie rezonansu atom ksenonu przyjmuje dwukrotnie większą ilość energii, niż spodziewali się dotychczas naukowcy. Na bazie tego eksperymentu zmodyfikowano modele teoretyczne dla rezonansu w innych, ciężkich atomach.

Korzyścią, jakie daje to odkrycie, jest możliwość maksymalizacji ilości elektronów wybijanych z atomów i tworzenia plazmy o dużym ładunku elektrycznym. W przypadku materiału biologicznego to zjawisko jest niekorzystne i może prowadzić do zniszczenia białek, w których składzie są ciężkie atomy. Daje to natomiast informację o przyczynach niepowodzenia niektórych prób zobrazowania próbek biologicznych z użyciem promieni rentgenowskich.

(pj)