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疯狂科学家又造黑洞了!存活30飞秒后爆炸 好可怕!

黑洞

黑洞

X射线剥离了碘原子(右上方)的电子,把它们拉向左侧的黑洞,最终吞噬这些电子。Credit: DESY/Science Communication Lab

  全球功率最大的X射线机就在两周前创造了一个分子大小的“黑洞”。

  分子“黑洞”不是我们常常听到的宇宙空间内存在的一种天体。宇宙里的黑洞引力很大,使得视界内的逃逸速度大于光速,它吞噬周围的一切事物。但是这里X射线激发出的分子黑洞是一个微小的虚空,它剥离了原子核周围的电子,将电子统统吸进去——对,就像是黑洞的行事风格!

黑洞的形成

  “它仅仅从周围的原子上吞没了很多电子。”Sebastien Boutet说道,他是该研究的合作者之一,也是加州SLAC国家加速器实验室的物理学家。“这是一种类比,就好像黑洞用引力将所有的物质拉到它身边。”

  分子黑洞效应的发现多亏了高能X射线,这类X射线的工作原理就像是用放大镜给太阳光聚焦产生高温,高能X射线也用了大量光学器件将能量聚集在很小的空间内。

高能X射线

  实验主要依靠了SLAC的线性相干光源产生的X射线,这类X射线能量极高,所以又被称为硬X射线。打开光源之前,Boutet和他的同事找来许多镜子设计光路系统,给X射线聚焦,目的是为了将光斑缩小到100纳米(人类头发的直径是70000纳米,一纳米为十亿分之一米)。

  聚焦好的X射线随后打在充满氙原子和CH3I(碘甲烷)的气囊,高能X射线将首先剥离碘原子最内层能级的电子。随后外层电子也逐渐靠近内层,最后收缩到X射线光斑处。

  当然,X射线也不仅仅是剥离碘原子的外层电子,它疯狂地榨干碘原子的53个电子后,X射线制造的“黑洞”将矛头指向了周围碳原子上的电子。最终合计起来,一个CH3I分子总共失去了54个电子。

  整个吞噬电子的过程仅仅发生在30飞秒(1飞秒为一千万亿分之一秒)内。也许是“分子黑洞”吃撑了,实验最后CH3I分子爆炸了。

理论与实验

  “实验结果说明以前物理学家提出的X射线脉冲模型可能存在许多缺陷。”Boutet说道。

  “即使对于一些简单的系统,也很难预测最后会发生什么,例如CH3I的6原子系统,我们最后也没有预料到它会爆炸。我们也很无奈啊~”Boutet补充道。

无奈的小鸟表情

  这项实验有什么用呢?它可以帮助科学家更加细致了解高能激光脉冲带来的辐射损害。而这些高能激光脉冲又是人类观察有机分子(病毒、细菌)的重要手段。

  尽管分子黑洞的演化剧烈,但该过程从未在地球上发生过。“也许会有些天体级别的事件会产生类似分子黑洞的现象,例如超新星(Supernova)爆炸”Boutet说道。“人类生活的自然界是不可能发生的。”

宇宙黑洞的形成

超新星爆炸形成太阳系的过程:

  a,一团宇宙尘埃和星云。

  b,冲击波压缩星云等物质。c,年轻的恒星形成。 credit:课件

  以上的实验研究发表于Nature期刊上(5月31日)。

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