ABD Enerji Bakanlığı’ndan SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’ndan araştırmacıların, yeni geliştirdiği yüksek hızlı ”elektron kamerası” sayesinde kimyasal reaksiyonlardaki çok hızlı hareket eden proton ve elektronları videoya kaydetmek mümkün olacak. Kimyasal reaksiyonlar aydınlatılmasıyla daha verimli kimyasal prosesler tasarlanarak, yeni nesil malzemeler, ilaçlar geliştirilebilir.
Bu yeni teknik terahertz radyasyon adı verilen bir ışık formu kullanarak, enstrümanların kullandığı elektron ışınlarını manipüle ediyor. Bu sayede çok hızlı görüntüler kaydedebiliyor ve pesky etkisi de denilen örnekleme anı seğirmesi engellenerek atomlar ve moleküllerin ve atom değişim zaman cetveli doğru olarak kaydedilebilecek.
Ayrıca bu metot sayesinde daha küçük parçacık hızlandırıcılar keşfedilebilir: Çünkü terahertz dalga boylarındaki radyasyon, radyo dalgalarından yüzlerce kez daha küçük olduğundan terahertz radyasyon kullanan cihazlar daha küçük olabilir.
Araştırmacılar bulgularını Physical Review Letters dergisinde yayınladı.
Çok Hızlı Bir Kamera
SLAC’ın elektron kamerası veya diğer adıyla ultra-hızlı elektron difraksiyon enstrümanı( MeV*UED), ışık hızına yakın hızlarda yolculuk eden yüksek enerjili elektron ışınları kullanarak bir seri enstantane fotoğraf çekiyor. Aslında bu moleküllerin aralarında gerçekleşen hareketin filmi gibi kaydediliyor. Bu sayede halka şeklindeki bir molekülün nasıl koptuğunun filmi çekilerek, tungstenin eridiği atomik seviyedeki prosesler çalışılabilir.
Bu teknik şöyle işliyor; hedefteki cisme elektron demetleri ateşleniyor, elektronların nasıl saçılarak hedefin atomlarıyla etkileştiği zamanı kaydederek işliyor. Elektron demetleri, bu elektron kamerasının perde (shutter) hızını tanımlamayı sağlıyor. Kısa demetler daha hızlı hareket ederek daha canlı fotoğrafları yakalayabiliyor.
“Sanki o an hedef için zaman durmuş gibi oluyor,” diyor araştırmaya liderlik eden SLAC’dan Emma Snively
Bugüne kadar bu tip çalışmalarda enerji aktarmak için radyo dalgaları kullanılırken, SLAC’daki araştırmacılar terahertz frekansta ışık kullanıyor.
Terahertz radyasyonu asıl avantajı, terahertz radyasyonu kullanarak elektron demetlerini nasıl kısalttığında yatıyor. MeV-UED tesisinde, bilim insanları bakır elektrota lazerle ateş ederek elektron koparıyor ve elektron demetleri üretiyorlar.
Terahertz radyasyon metodunda lazer ışını ikiye bölünüyor. Bir ışın bakır elektrota çarpıyor ve daha önce elektron demetleri yaratıyor. Sonra diğer ışın terahertz radyasyon atımları üreterek elektron demetlerini kısaltıyor. Böylece aynı lazer ışınından üretilen elektron demetleri ve terahertz atımları birbirini senkronize ederek, demetler arasındaki pesky etkisini azaltıyor.
Femtosaniye Hızında Çalışmak
Bu araştırmanın anahtar inovasyonu ise, kompresör adı verilen parçacık hızlandırıcı boşluğu yaratmasıdır. Bu metalik makine avuca sığacak kadar küçük. Bu cihazın içinde terahertz atımlar, elektron demetleri kısaltarak onları daha etkili bir şekilde hedefe itiyor.
Sonuç olarak, ekip elektron demetlerini, onlarca femtosaniyelere yani saniyenin katrilyonda birine sıkıştırıyor. Bu geleneksel radyo frekans metotlarında bu denli sıkıştırma mümkün değil. Ayrıca terahertz teknolojisi, radyo frekans teknolojisinden daha ucuza mal oluyor.
Araştırmacıların sonraki hedefi ise daha kompakt terahertz kompressörlerle, elektron demetlerini birkaç femtosaniyelere kadar sıkıştırmak.
Kaynak: https://phys.org/news/2020-03-terahertz-technique-door-atomic-behavior.html
Referans:
More information: E. C. Snively et al, Femtosecond Compression Dynamics and Timing Jitter Suppression in a THz-driven Electron Bunch Compressor, Physical Review Letters (2020). DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.054801Journal information:Physical Review Letters
