مفاجاءة يتم إنتاج الإلكترونات البطيئة عندما تصل أشعة الليزر إلى مجموعات من الذرات

وجد العلماء أن الإلكترونات البطيئة نسبيًا يتم إنتاجها عندما تتفاعل أشعة الليزر المكثفة مع مجموعات صغيرة من الذرات ، مما يؤدي إلى اطاحت النظريات الحالية.

تحدث تفاعلات كتلة الليزر المكثفة عندما يتم ضرب مجموعات صغيرة من الذرات ، النانومترات (المليارات من المتر) في الحجم ، باستخدام أشعة ليزر مكثفة. يحدث هذا ، على سبيل المثال ، عند تصوير العينات الطبية الحيوية على المقاييس الزمنية فائقة السرعة. ومع ذلك ، يمكن أن تتضرر الجزيئات الحيوية في هذه العملية عن طريق الإشعاع.

إن اكتشاف إلكترونات بطيئة منخفضة الطاقة ناتجة عن التفاعلات المكثفة بين كتل الليزر يوفر صلة مفقودة في فهم العلماء للعملية ، ويمكن أن يفسر سبب تلف الجزيئات الحيوية.

كان من المعروف أن تفاعلات كتلة الليزر المكثفة تنتج أيونات نشطة وإلكترونات ، ولكن الآن ، في بحث منشور اليوم في مجلة Physical Review Letters ، كشف الباحثون أن الإلكترونات البطيئة نسبياً يتم إنتاجها بكميات كبيرة.

فهم المقياس النانوي

وقام فريق من الباحثين من كلية امبريال في لندن، وجامعة روستوك، ماكس الولادة، معهد، جامعة هايدلبرغ وELI-آلب تتعرض مجموعات صغيرة تتألف من بضعة آلاف من الذرات إلى القصر، نبضات الليزر مكثفة. ووجد الباحثون أن الغالبية العظمى من الإلكترونات المنبعثة كانت بطيئة للغاية وانبعثت مع تأخير مقارنة بالإلكترونات الأكثر نشاطا.

قال كبير العلماء الدكتور بيرند شوته، الذي أجرى تجارب في قسم الفيزياء في امبريال: "هناك العديد من العوامل بما في ذلك المجال المغناطيسي للأرض تؤثر على حركة الإلكترونات بطيئة، مما يجعل الكشف عنها صعبة للغاية وشرح لماذا لم تكن قد لاحظت في وقت سابق كانت ملاحظاتنا مستقلة عن مجموعة المعلومات المحددة والليزر المستخدمة ، وهي تساعدنا على فهم العمليات المعقدة المتطورة على المقياس النانوي. "

عندما يتم ضرب الجسيمات أو العناقيد على المقياس النانوي (النانومترات في الحجم) بواسطة نبضات ليزر مكثفة ، يتم إنتاج ظواهر مختلفة ، ومعظمها مفهومة بشكل جيد. ومع ذلك ، فإن جيل الأيونات عالية الشحنة شكلت حتى الآن لغزا للباحثين. ويرجع ذلك إلى أن عمليات المحاكاة تنبأت بأن الإلكترونات والأيونات ستعيد تجميعها ، مما يقلل من شحن الأيونات.

حل اللغز

اكتشاف الإلكترونات البطيئة يحل هذا اللغز. ولأنه يتم إطلاقها بعد الإلكترونات الأكثر نشاطًا ، يمكن للعديد من الإلكترونات البطيئة الهروب من مجموعة الذرات. ونتيجة لذلك ، يصبح من الصعب على الأيونات المشحونة العثور على إلكترونات شريكة يمكن إعادة تجميعها ، ويبقى الكثير منها مشحونة للغاية.

وقال كبير الباحثين جون مارانجوس ، من قسم الفيزياء في إمبريال ، "لقد كان الباحثون يدرسون الانبعاث الفعال للجسيمات من المجموعات الذرية المشععة بالليزر منذ منتصف التسعينات.

طرد الإلكترونات

من أجل فهم الملاحظات التجريبية ، قام الأستاذ توماس فينل وزملاؤه من جامعة روستوك ومعهد ماكس-مول بتشكيل تفاعل نبضة الليزر مع الكتلة. وقال: "أظهرت عمليات المحاكاة الذرّية لدينا أن الإلكترونات البطيئة ناتجة عن عملية من خطوتين ، تعتمد خطوتها الثانية على ركلة أخيرة نجت حتى الآن من اهتمام الباحثين".

أولاً ، تقوم نبضة الليزر المكثفة بفصل الإلكترونات من الذرات الفردية. تبقى هذه الإلكترونات محصورة في الكتلة لأنها تنجذب بقوة من الأيونات. عندما ينحسر هذا الجاذبية بينما تتحرك الجسيمات بعيدًا عن بعضها البعض أثناء توسع الكتلة ، يتم تعيين المشهد للخطوة الثانية المهمة.

تحصل الإلكترونات ذات الطاقة المنخفضة على ركلاتها الأخيرة للهروب من المجموعة عندما تتصادم مع أيون عالي الإثارة. وحيث أن مثل هذه العمليات المترابطة أمرًا صعبًا إلى حد بعيد ، فإن موارد الحوسبة من  الحوسبة الفائقة في ألمانيا الشمالية (HLRN) كانت ضرورية في حل اللغز.

اعداد وترجمة / فادي طارق 

المصدر