Учёные СФУ предложили «рентгеновские ножницы», способные селективно разрезать молекулы

Учёные СФУ предложили «рентгеновские ножницы», способные селективно разрезать молекулы - СФУ
Фото: news.sfu-kras.ru

Учёные Сибирского федерального университета и Института физики ФИЦ КНЦ СО РАН предсказали новое физическое явление  — обусловленную эффектом отдачи молекулярную диссоциацию при фотоионизации молекул с помощью жёсткого рентгеновского излучения. В частности, исследователи предсказали, что отдача, испытываемая молекулой водорода при поглощении рентгеновского фотона и вылете фотоэлектрона, приводит к разрыву химической связи молекулы водорода при энергии фотонов больше 5 кЭв. Статья, посвящённая исследованию, опубликована в высокорейтинговом журнале Physical Review A .

«Эффект отдачи можно наблюдать на примере отката пушки при вылете из неё снаряда (Рис. 1А). Эффект отдачи  — это следствие фундаментального закона сохранения импульса (или, иными словами, количества движения). Фундаментальными проявлениями этого эффекта являются эффект Комптона (за его открытие присуждена Нобелевская премия 1927 года), эффект Мёссбауэра (Нобелевская премия за 1961 год) и лазерное охлаждение атомов и молекул (несколько Нобелевских премий).

Мы исследовали эффект отдачи при вылете фотоэлектрона в процессе фотоионизации молекулы рентгеновским излучением. При умеренных энергиях фотонов эффект отдачи обусловлен обменом импульса между атомом и вылетевшим из него электроном. В зависимости от направления, в котором вылетает электрон (Рис. 1B и 1C), передача импульса электрона атому приводит к возбуждению в молекуле колебаний и вращений. Оба этих эффекта уже наблюдались нами экспериментально с использованием синхротронного излучения»,  — сообщил один из авторов исследования, главный научный сотрудник лаборатории нелинейной оптики и спектроскопии (Департамента науки и инновационной деятельности) Фарис Гельмуханов .

Для исследования эффекта отдачи учёным потребовалось провести строгие квантовые расчёты, которые показали, что при увеличении энергии рентгеновского фотона, а, следовательно, и энергии отдачи Eot, достигаются колебательно-вращательные состояния вблизи порога диссоциации ED, а при дальнейшем увеличении энергии отдачи (Eot > ED) химическая связь разрывается и молекула разрушается. Продолжая аналогию с пушкой и снарядом, можно сказать, что пушка теряет, например, колёса. Разрыв химической связи молекулы водорода H2, происходит в области жёсткого рентгеновского излучения при энергиях фотонов, превышающих 5кэВ.

Выяснилось также, что в области жёсткого рентгеновского излучения импульс фотона становится сравнимым с импульсом фотоэлектрона. Это означает, что для описания физики изучаемого явления необходимо учесть даже импульс фотона и привлечь известную всем из школьного курса физики релятивистскую теорию (известную также как теория относительности). Более того, вращательные и поступательные степени свободы становятся сильно перепутанными, что приводит к необходимости описания динамики ядерного волнового пакета вне рамок стандартной теории возмущений с  учётом сильной связи вращательного и трансляционного движений.

Энергии фотонов больше 5 кэВ доступны на всех современных синхротронах, например на синхротронах SOLEIL, SPring-8, MAX-IV, PETRA. Экспериментальная проверка нового обнаруженного сибирскими учёными эффекта планируется на пучке GALAXES синхротрона SOLEIL во Франции. Наиболее удобным для первого экспериментального наблюдения эффекта является регистрация фрагментов диссоциации молекулы водорода с использованием так называемой времяпролётной (time-of-flight) спектроскопии, где подтверждением эффекта будет служить рост кинетической энергии фрагмента с  увеличением энергии фотона. Согласно анализу, уже проведенному в работе, исследованный эффект может быть экспериментально проверен для целого ряда молекул в кластерах инертных газов и молекул, адсорбированных на поверхности.

«Проделанная работа  — это основа для исследования вещества, его структуры, его взаимодействия с синхротронным рентгеновским излучением, а также для учёта исследуемого эффекта при создании новых материалов и технологий. В  частности, наши разработки могут быть востребованы в будущих экспериментах на российском синхротроне 4-го поколения СКИФ, который будет построен в Новосибирске. В природе предсказанный эффект может реализовываться в верхних слоях атмосферы, где интенсивность жёсткого рентгеновского излучения достаточно высока. Полагаем, что там наши результаты будут востребованы при планировании новых экспериментов, а значит, они поспособствуют появлению новых прорывных технологий в отечественных рентгеноспектральных исследованиях»,  — отметил соавтор работы, ведущий научный сотрудник лаборатории нелинейной оптики и спектроскопии (Департамента науки и инновационной деятельности СФУ) Сергей Полютов .

Рис. 1А . До выстрела полный импульс системы «пушка-снаряд» равен нулю, так как система находится в покое. После выстрела импульс пушки P=Mv (произведение массы пушки M на скорость пушки v) должен равняться импульсу снаряда mV с обратным знаком. Так можно найти скорость пушки и кинетическую энергию пушки (или энергию отдачи): Eot=E m/M. Это означает, что энергия отдачи (Eot) меньше энергии снаряда (E) в m/M раз.

Рис. 1В показывает, что при достаточно большой величине импульса отдачи (синяя стрелка), химическая связь может разорваться и молекула диссоциирует (распадается). То же самое может произойти и при вращении, индуцированном отдачей ( Рис. 1С ). Причиной разрыва связи в последнем случае является центробежная сила ( Рис. 1D ).

Последние новости Красноярского края по теме:
Учёные СФУ предложили «рентгеновские ножницы», способные селективно разрезать молекулы

- Красноярск
Физики СФУ рассказали о новом явлении - это разрыв химической связи молекулы водорода с помощью рентгена.
15:00 14.02.2020 Sibnovosti.ru
Учёные СФУ предложили «рентгеновские ножницы», способные селективно разрезать молекулы - СФУ
Учёные СФУ предложили «рентгеновские ножницы», способные селективно разрезать молекулы - Красноярск
Учёные Сибирского федерального университета и Института физики ФИЦ КНЦ СО РАН предсказали новое физическое явление — обусловленную эффектом отдачи молекулярную диссоциацию при фотоионизации молекул с помощью жёсткого рен
11:20 14.02.2020 СФУ
 
По теме
Хакатон, малыши и роботы - ИЦАЭ 21 февраля юные красноярские робототехники приняли участие в хакатоне. Организаторами мероприятия стали Информационный центр по атомной энергии (ИЦАЭ) Красноярска и SmartLab.

22.02.2020
 
Большеулуйские автоинспекторы в преддверии 23 февраля приняли участие в праздничном квэсте - ГИБДД В интеллектуально-спортивном мероприятии на звание самого подготовленного защитника Родины вместе с инспекторами ДПС приняли и активисты школьной команды ЮИД, а также ветераны службы ГИБДД.

22.02.2020
 
Теперь их ждет краевой этап Учитель года — Елена Пастарнакова Фото: Город Красноярск / vk.com В Красноярске подвели итоги конкурсов «Воспитатель года» и «Учитель года», в которых участие приняли 200 учителей, воспитателей,

21.02.2020
Хакатон, малыши и роботы - ИЦАЭ 21 февраля юные красноярские робототехники приняли участие в хакатоне. Организаторами мероприятия стали Информационный центр по атомной энергии (ИЦАЭ) Красноярска и SmartLab.
ИЦАЭ
22.02.2020
Фото www.facebook.com/evgeniya.skazka О неожиданном визите написала на своей странице в социальной сети пресс-секретарь главного управления образования Красноярска Евгения Тимашева.
19.02.2020 Наш Красноярский край
Следователи МУ МВД России по ЗАТО г.Железногорск завершили расследование уголовного дела в отношении двух женщин, которые вместе похищали из магазина алкогольные напитки.
ГУ МВД Красноярского края
24.02.2020
По данным минздрава края, на пожаре жилого дома на улице Глинки в Красноярске из пяти жителей обратившихся к врачам, один мужчина погиб, трое находятся в тяжелом состоянии.
22.02.2020 Наш Красноярский край
Следственные органы Следственного комитета Российской Федерации по Красноярскому краю и Республике Хакасия начали проверку  обстоятельств пожара, при котором погиб мужчина.
22.02.2020 Наш Красноярский край
КОГДА ПОЁТ ДУША! - Газета Вперёд ВОКАЛЬНЫЙ АНСАМБЛЬ «ОСТРЫЙ РИТМ» 15 ЛЕТ РАДУЕТ УЯРЦЕВ  В Уярском Доме культуры Межпоселенческой клубной системы района состоялась юбилейная программа «Песня, в которой ты...»,
Газета Вперёд
24.02.2020
Фото предоставлено пресс-службой филармонии Сегодня, 21 февраля, в 19:00 в Малом концертном зале состоится концерт абонемента «Музыкальные телепортации с Красноярским камерным оркестром».
21.02.2020 Наш Красноярский край
Борьба была жаркой - Город Шарыпово С 22 по 23 февраля в спорткомплексе «Надежда» состоялось  Первенство Красноярского края по вольной борьбе среди юношей и девушек.
Город Шарыпово
24.02.2020
Полезная поездка в Зимбабве - KraySport.Ru По дороге со сборов в Намибии спортсмены краевой Академии летних видов спорта Анастасия Абросимова и Дмитрий Полянский заехали на этап Кубка Африки по триатлону в Зимбабве,
KraySport.Ru
24.02.2020
Неудачное начало - KraySport.Ru В первом матче 1/8 финала Кубка Петрова красноярцы скрестили клюшки с казанским «Барсом».
KraySport.Ru
24.02.2020
В Зимбабве проходил этап Кубка Африки по триатлону в Зимбабве, где двое представителей Красноярского края заработали очередные зачетные очки для отбора на Олимпийские игры-2020 в Токио.
24.02.2020 Наш Красноярский край
"Мужская остановка" - Город Енисейск Сотрудники Госавтоинспекции и дети из «Центра семьи» провели совместную акцию "Мужская остановка".
Город Енисейск
24.02.2020
Полезная поездка в Зимбабве - KraySport.Ru По дороге со сборов в Намибии спортсмены краевой Академии летних видов спорта Анастасия Абросимова и Дмитрий Полянский заехали на этап Кубка Африки по триатлону в Зимбабве,
KraySport.Ru
24.02.2020