Разработан способ хранить фотон рентгеновского излучения

Установка, позволяющая генерировать и направлять интенсивный поток
рентгеновского излучения. (кликните картинку для увеличения)

Установка, позволяющая генерировать и направлять интенсивный поток рентгеновского излучения. (кликните картинку для увеличения)

11.11.2012 (11:45)
Просмотров: 2835
Рейтинг: 0.00
Голосов: 1

Теги:
фотон, железо, излучение, рентген,
Естественные науки >> Физика






Ваша оценка
-2 -1 0 1 2
Исследователи, работающие в области фотоники, мечтают научиться выполнять с фотонами все те же операции, что и электронщики с электронами. На сегодняшний день им удалось добиться определенного успеха, правда, только в видимом и инфракрасном диапазоне спектра. Опираясь на ранее проведенные эксперименты по кратковременной задержке рентгеновского излучения при помощи ядерных возбуждений, группа ученых из Германии предлагает методику хранения одного рентгеновского фотона. По мнению ученых, предложенная ими техника позволит сначала захватить фотон, а затем в произвольный момент времени «выпустить» его с сохранением всех квантовых свойств. Данная работа является первым шагом на пути к рентгеновским фотонным системам, которые могли бы задействовать более короткие длины волн для размещения большего числа активных элементов в меньшем объеме пространства.

В 1996 году группа ученых из University of Hamburg (Германия) преуспела в задержке распада возбужденного состояния ядра железа-57 с энергией 14,4 КэВ. Эксперимент заключался в испускании короткого импульса поляризованного рентгеновского излучения с энергией 14,4 КэВ в мишень из железа-57 в присутствии перпендикулярного лучу магнитного поля. Поле расщепляло основное и возбужденное состояния атома на два и четыре подуровня, соответственно. Эксперимент был построен таким образом, что он разрешал переход от каждого из основных состояний только к одному возбужденному состоянию, так что лишь два из возбужденных подуровней были заселены. Результирующее состояние атома представляло собой суперпозицию этих двух состояний, а из-за различия их магнитных свойств вероятность распада (в основное состояние) колебалась во времени.

В течение нескольких наносекунд после возбуждения, команда включала второе магнитное поле, перпендикулярное первому. При изменении направления магнитное поле вовлекало в «работу» все 4 возбужденных подуровня. И команда ученых показала, что, если эта процедура выполнена в нужное время (относительно колебаний вероятности распада возбужденного состояния), вероятность распада значительно снижается. Отключение магнитного поля вызывает незамедлительный распад состояния и переизлучение рентгеновского фотона. Энергия этого фотона равнялась энергии первоначального импульса, но проблема состояла в том, что другие квантовые свойства не были сохранены.

Чтобы преодолеть эту проблему, группа ученых из Max Planck Institute for Nuclear Physics (Германия) предложила вариацию данной техники. Как и прежде, для возбуждения мишени из железа-57, помещенной в магнитном поле, они использовали поляризованное рентгеновское излучение. Управляя интенсивностью пучка и концентрацией атомов железа-57, ученые создавали лишь один возбужденный атом за цикл. А вместо включения второго магнитного поля, было предложено выключить первое в нужный момент колебания возбужденного состояния (через 10 наносекунд после рентгеновского импульса). Расчеты команды показывают, что в этом случае возбужденное квантовое состояние будет «заморожено», что не позволит ему распасться. Повторное включение магнитного поля инициирует распад состояния с излучением рентгеновского фотона, совпадающего по всем квантовым свойствам с первоначальным фотоном, вызвавшим возбуждение. Таким образом, новая методика обеспечивает возможность хранения рентгеновского фотона в течение 100 наносекунд и более с полным сохранением квантового состояния. Дополнительной особенностью новой методики является то, что, если повторно магнитное поле включается в противоположном направлении, то и фаза перизлучаемого рентгеновского фотона сменится на противоположную.

Хотя результаты теоретического эксперимента достаточно скромны по сравнению с тем, что можно сделать с помощью фотонов видимого излучения, ученые считают, что это первый шаг к созданию фотонных устройств, работающих на более коротких волнах. Коллеги ученых, однако, сомневаются, что методику можно будет легко воплотить на практике, в частности, из-за необходимости столь быстро включать и выключать магнитное поле.

Подробные результаты работы опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Нравится


Екатерина Баранова

Также по теме:

Источники:



самое популярное





Rambler's Top100