Negli Stati Uniti è stato raggiunto un primato scientifico: il fascio più breve di raggi X duri finora mai misurato. Un team del Wisconsin‑Madison e del laboratorio SLAC ha impiegato laser XFEL per generare impulsi durati appena tra i 60 e i 100 attosecondi.
Il processo sfrutta un fenomeno di tipo laser nucleare: un impulso di raggi X ultra‑intenso colpisce atomi di rame o manganese, eccitando elettroni interni. Al rientro in uno stato stabile viene emessa radiazione X che scatena un’emissione stimolata, simile ai laser ottici ma in lunghezze d’onda molto più corte.
I normali XFEL producono fasci “rumorosi”, con impulsi multipli e spettro variabile, mentre in questo caso il fascio è risultato più compatto e coerente, facendo emergere fenomeni come filamentazione e ciclo Rabi. La filamentazione genera hotspot, spiegati da simulazioni 3D; al crescere dell’intensità, lo spettro si allarga e compaiono linee multiple dovute al ciclo Rabi.
Il risultato è l’emissione di impulsi da 60‑100 attosecondi, un record per i raggi X duri. Precedenti traguardi in questa categoria si fermavano a impulsi da circa 43 attosecondi nei raggi X “soft”. Questo permette di osservare il movimento elettronico interno agli atomi, mentre le scale di femtosecondo restano legate ai legami chimici.
I raggi X duri con lunghezze d’onda atomiche (~Ångström) permettono risoluzioni elevate e selettività per elemento. Le tecnologie laser non lineari ora si spostano in questa nuova frontiera, con il primo esempio di emissione attosecondica nei raggi X duri.
Pubblicato su Nature, il lavoro è stato realizzato presso LCLS e SACLA, con finanziamenti del DOE e altre istituzioni. Per quanto riguarda le prospettive applicative, queste includono spettroscopia, quantum computing, orologi atomici, imaging medico e materiali. Inoltre, questi impulsi possono evitare il danno da radiazione, permettendo misure “single shot” senza danneggiare i campioni.
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