Учёные установили новый мировой рекорд, сгенерировав сверхкороткие рентгеновские импульсы длительностью всего 300 аттосекунд. С помощью Европейского рентгеновского лазера на свободных электронах (European XFEL) исследователям удалось сфокусировать излучение на площади, которая примерно в 100 тыс. раз меньше сечения человеческого волоса.
Концентрация огромной энергии в микроскопическом пространстве позволила получить луч исключительной мощности. Это открывает новые возможности для изучения поведения электронов внутри атомов и молекул. Технология в перспективе поможет наблюдать за сверхбыстрым движением электронов во время химических реакций и, возможно, научиться им управлять. Результаты эксперимента, проведённого в апреле 2026 года, опубликованы в научном журнале Optica.
Для фокусировки жёсткого рентгеновского излучения – света с чрезвычайно короткой длиной волны – команда использовала сложную оптическую систему Киркпатрика–Баеза. Она состоит из двух высокоточных зеркал, которые направляют луч по вертикали и горизонтали. После четырёх отражений излучение удалось сфокусировать в пятно размером 180 на 330 нанометров, достигнув рекордной интенсивности – свыше 10²⁰ ватт на квадратный сантиметр.
Чтобы подтвердить расчёты, учёные направили импульсы на тонкую медную фольгу. Рентгеновские лучи выбивали электроны с внутренних оболочек атомов меди. Образовавшиеся «дыры» заполнялись электронами с других уровней, что сопровождалось испусканием вторичного рентгеновского света. При обычной интенсивности этот свет расходится во все стороны, но в условиях эксперимента он начал формировать узконаправленный пучок, усиливая сам себя. Это явление, известное как усиленное спонтанное излучение, служит прямым доказательством сверхвысокой интенсивности.
Ещё одним подтверждением стала сатурация – при увеличении энергии импульсов рост сигнала сначала ускорялся, а затем замедлялся и выходил на плато. Такое поведение характерно именно для экстремальных условий взаимодействия излучения с веществом. Новая технология позволит исследовать сверхбыстрые процессы в природе с недостижимой ранее детализацией.
Оптическая система для эксперимента была доставлена из Японии. European XFEL планирует получить собственную установку в начале 2027 года. Проект финансируют Гамбургский университет и федеральные ведомства Германии. После ввода оборудования в эксплуатацию доступ к технологии получат учёные со всего мира, работающие на экспериментальной станции MID.
