Представлен источник «когерентных» гамма-лучей

Автор: · Опубликовано · Обновлено

Энергия фотонов гамма-излучения в 10 тыс. раз превышает показатели их «собратьев» из видимой части диапазона, из-за чего их проще регистрировать и фокусировать. Но их нынешние источники довольно неуклюжи, да и «продуктивность» там довольно сложно регулировать.

Новый источник гамма-фотонов, похоже, способен решить эти проблемы.

Группа исследователей во главе с Ольгой Кочаровской из Техасского университета AM (США) использовала радиоактивный кобальт для генерации ультракоротких (по 100 нс) «когерентных» импульсов. При этом все фотоны каждого последующего импульса отделялись друг от друга одинаковыми временными промежутками.

Общая схема получения переизлучаемых гамма-фотонов.

(Иллюстрация Olga Kocharovskaya et al.)

Когда атом кобальта-57 претерпевает распад и образует железо-57, он испускает пары фотонов, однако процесс этот спонтанный, неуправляемый, и оттого излучение такого рода имеет лишь ограниченную полезность.

Чтобы лучше контролировать его, экспериментаторы разместили образец кобальта так, что фотоны, испущенные им, были поглощены атомами железа в листе нержавеющей стали (фактически — в слое фольги). Процесс этот до некоторой степени напоминает обычную флуоресценцию, когда атом поглощает фотон (как правило низкой энергии) и после перехода одного из его электронов на более высокий энергический уровень испускает другой фотон, из-за чего электрон снова возвращается на низкий энергетический уровень.

Вся разница в том, что в случае с железом повышается энергетический уровень не электрона, а субатомной частицы, находящейся в ядре атома. При этом исследователям удалось показать, что, манипулируя кусочком фольги после облучения фотонами от кобальта, можно добиться разделения вторичного излучения от атомов железа на импульсы нужной длины и с нужной формой волны — когерентные импульсы.

Что интересно, сам аппарат, позволивший добиться столь нетривиальных результатов, технически был довольно простым — по сути, несложным настольным устройством.

Довольно простые регулярные волнообразные движения кусочка фольги на первый взгляд кажутся лишь изящной академической игрушкой, однако имеют большой практический потенциал.

Так, с помощью источника когерентного гамма-излучения можно улучшить мёссбауэровскую спектроскопию — технику, которая использует гамма-лучи для изучения химического состава и магнитных полей ряда материалов. Обычные источники фотонов высоких энергий, созданные до вышеописанного экспериментального устройства, порождают фотоны высоких энергий в таких количествах и с такими параметрами, которые часто могут перегрузить детекторы и повредить образец изучаемого материала, затруднив его дальнейшие исследования.

Когерентный же источник, созданный учёными, в теории позволит им генерировать строго то количество фотонов, которое необходимо для анализа образца, и ни одним больше, что с технической точки зрения огромное преимущество.

Кроме того, гамма-фотоны с регулируемыми параметрами могут оказаться лучшим выбором для квантовой связи и криптографии. Дело в том, что фотоны видимого и микроволнового диапазонов, в силу их меньшей энергии, труднее обнаружить приёмнику квантовой связи, причём гамма-фотоны требуют менее громоздкой аппаратуры и благодаря меньшей длине волны могут использоваться на существенно меньших пространственных масштабах.

Наконец, высокая проникающая способность гамма-лучей позволит им пройти через два образца, скажем, того же железа и создать между ними квантовое запутывание, полагает Адриана Палффи (Adriana Palffy) из Института ядерной физики Общества Макса Планка (Германия), не принимавшая участия в исследовании. В теории это означает возможность «прощупывания» границы между классическими и квантовыми мирами на небольших нанообразцах материи.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

По материалам Nature News.

Источник: compulenta.computerra.ru

Проникающая способность. Виды радиоактивного излучения


Также можно почитать…

Метки:

Читайте также: