В апреле 2026 года на установке European XFEL в Германии исследователи сфокусировали жёсткое рентгеновское излучение в импульсы длительностью около 300 аттосекунд. Пиковая интенсивность превысила 10²⁰ Вт/см², а размер фокусного пятна составил 180 × 330 нанометров. О результате European XFEL сообщила 16 октября.

Как проверили интенсивность

Пучок четыре раза отражался от двух прецизионных зеркал системы Киркпатрика — Бэеса. Одно зеркало фокусировало его по вертикали, другое по горизонтали. Интенсивность сначала рассчитали по энергии и длительности импульса, а также по размеру фокусного пятна. Затем эту оценку проверили, направив рентгеновские вспышки на медную фольгу.

Рентгеновское излучение выбивало электроны с глубоких внутренних оболочек атомов меди. Когда другие электроны занимали освободившиеся места, атомы испускали рентгеновские фотоны. При высокой интенсивности эти фотоны могли стимулировать другие возбуждённые атомы испускать излучение в том же направлении, усиливая сигнал. Этот процесс называют усиленным спонтанным излучением.

Сначала сигнал быстро рос вместе с энергией импульса, затем достиг насыщения. По сообщению European XFEL, такое поведение независимо подтвердило оценку интенсивности, полученную по энергии, длительности импульса и размеру фокусного пятна.

Чтобы представить масштаб фокусировки, вообразим, что энергию вспышки собрали не на широкой поверхности, а в пятне размером меньше бактерии. Та же энергия тогда приходится на очень малую площадь и выделяется за чрезвычайно короткое время. Это только аналогия для объяснения, а не описание отдельного опыта.

Такие короткие и интенсивные рентгеновские импульсы позволяют изучать нелинейное взаимодействие излучения с веществом и поведение электронов в атомах и молекулах. В долгосрочной перспективе метод может помочь управлять электронами во время химических реакций, но в этом эксперименте такого контроля не демонстрировали. Результаты опубликованы в журнале Optica. В сообщении European XFEL не приведены подробности о статистике измерений и неопределённости оценки интенсивности.

Описание метода и результаты подобных исследований можно оформить в виде научной статьи.

Схема зеркальной фокусировки рентгеновского импульса и независимой проверки его интенсивности по усиленному излучению меди

Фото: WikiImages / Pixabay