From THz to X-rays: Molecules´ interaction with radiation and ions


Project leader


Funding source

Swedish Research Council - Vetenskapsrådet (VR)


Project Details

Start date: 01/02/2013
End date: 31/12/2016
Funding: 1530000 SEK


Description

Den mest spännande utvecklingen inom fotonvetenskaperna är realiserandet av laserljus i röntgenområdet av det elektromagnetiska spektrumet. Röntgenstrålning har spelat en viktig roll inom naturvetenskap och medicin ända sedan Wilhelm Röntgens nobelprisbelönade upptäckt 1895. Upptäckten av lasern gjordes mer än ett halvsekel senare och ända sedan 1960-talet har det varit något av en dröm att kunna förena laserns egenskaper med röntgenstrålningens, men det är en extremt svår uppgift eftersom fysikens lagar motarbetar varje försök att konstruera en laser i det mycket kortvågiga röntgenområdet. Under senare år har det blivit klarlagt att fria elektroner i en stråle som ?åker slalom? genom en lång magnetstruktur med omväxlande polaritet erbjuder den bästa möjligheten att realisera en röntgenlaser. Vid SLAC National Accelerator Center, som ligger i direkt anslutning till Stanford University, kunde man i april 2009 demonstrera lasring vid 1.5 Å i en elektronaccelerator benämnd Linac Coherent Light Source (LCLS). Detta innebar ett genombrott. Under 2010 öppnades LCLS för användare och jag och medarbetare i Stockholm och Uppsala gjorde vårt första experiment vid LCLS i oktober 2010. Möjligheten att få tillgång till koherent röntgenstrålning med 1012 fotoner i varje puls och med pulser som är kortare än 10 femtosekunder har öppnat för experiment som tidigare var otänkbara, icke-linjär röntgenfysik. Vi har för första gången lyckats påvisa mycket exotiska djupt liggande 1s-tillstånd i molekyler, där inte bara en 1s-elektron har skalats bort, utan två, något som kräver att en molekyl inom ca 5 fs absorberar två röntgenfotoner i sekvens. Dessa tillstånd är mycket känsliga för den kemiska omgivningen i molekylen, och genom att kartlägga dessa tillstånd räknar vi med att få fram ny information om den kemiska bindningen som hittills varit otillgänglig. Men detta är bara början. Experiment där man pumpar in energi i en molekyl med en vanlig laser, och därmed exciterar den elektroniskt, kombinerat med att man känner av förändringen med en röntgenpuls kommer att öppna för studier av hur t ex enheter i DNA-molekylen kan motstå UV-strålning. I projekt II ska den kylda lagringen för joner, DESIREE, användas för att studera reaktioner mellan positivt och negativt laddade molekyljoner. Under de senaste åren har astronomer hitta flera olika negativa molekyljoner i det interstellära mediet, och man vill nu förstå hur dessa reagerar kemiskt med sin omgivning. För att studera reaktioner mellan positiva och negativa joner under förhållanden som så nära som möjligt i laboratoriet återskapar den interstellära rymden krävs exceptionell teknik; strålar av positiva och negativa joner ska kontrolleras med hög noggrannhet och bringas att reagera med varandra under välkontrollerade former. Ultra-låga tryck och mycket låga temperaturer, endast tio grader över den absoluta nollpunkten, måste skapas i laboratoriet. Den nya lagringen DESIREE gör just detta och beräknas tas i drift under 2012. I projekt III ska vi studera hur elektromagnetisk strålning växelverkar med biologiska processer i prokaryotiska och Eukaryotiska celler. Den nya frielektronlasern i Nijmegen, som arbetar i THz-området (mellan infraröd strålning och mikrovågor), kommer att användas för dessa studier, som vi tror ska leda till en djupare förståelse av biologiska processer och utveckling av icke-kemiska behandlingsmetoder.

Last updated on 2017-31-03 at 12:55