خلط موجات الليزر- والأشعة السينية

خلط موجات الليزر- والأشعة السينية

27 يونيو , 2022

ترجم بواسطة:

آلاء أحمد

دقق بواسطة:

زينب محمد

 على عكس سيوف الليزر الخيالية، فإن أشعة الليزر الحقيقية لا تتفاعل مع بعضها عندما تتقاطع – إلا إذا تلاقت الأشعة في مادة مناسبة تُتيح تفاعل مادة الضوء اللاخطية. في مثل هذه الحالة، خلط الموجات يُمَكن الأشعة ذات الألوان والاتجاهات المتغيرة من الظهور بقوة.

إن عمليات خلط الموجات بين أشعة ضوئية مختلفة ركن أساسي واحد في مجال البصريات اللاخطية، الذي أصبح مُؤسسًا بجدارة منذ انتشار أشعة الليزر. يمكن لشعاعان ليزر أن يتأثر كلًا منهما بوجود الآخر خلال مادة مناسبة مثل كريستلات مخصصة. في هذه العملية، الطاقة وكمية التحرك ممكن أن تتغير وتظهر أشعة ليزر إضافية تنتج من منطقة تفاعل في اتجاهات مختلفة وبترددات مختلفة، التي تُرى في المدى المرئي كألوان مختلفة. تستخدم هذه التأثيرات عامةً في تصميم ومعرفة مصادر جديدة لضوء الليزر.


أيضًا من المهم، تحليل أشعة الضوء المدمجة في ظاهرة خلط الموجات فهو يعطي تصورات عن طبيعة المواد التي تحدث فيها عملية خلط الموجات. هكذا خلط الموجات القائم على التحليل الطيفي أتاح للباحثين أن يفهموا تعقيدات التركيب الإلكتروني لعينة وكيف يثير الضوء المادة ويتفاعل معها. حتى الآن، ومع ذلك، تستخدم هذه الفرضيات بصعوبة خارج المدى المرئي أو مدى الأشعة تحت الحمراء.

لقد اكتشف الآن فريق من الباحثين من معهد ماكس بورن (MBI) برلين، ومركز أبحاث وطني في ألمانيا (DESY)، هامبرغ، نوع جديد من عملية خلط الموجات يتضمن الأشعة السينية اللينة. عند تداخل نبضات فائقة القصر من الأشعة السينية اللينة والأشعة تحت الحمراء في بلورة أحادية من فلوريد الليثيوم (LiF) شاهدوا كيف تُنقل طاقة فوتونين من الأشعة تحت الحمراء إلى أو من فوتون الأشعة السينية، مغيرًا لون الأشعة السينية فيما تسمى عملية لاخطية من الدرجة الثالثة. لم يرصدوا فقط هذه العملية الخاصة بالأشعة السينية لأول مرة، ولكن أيضًا كانوا قادرين على تحديد كفائتها عند تغيير لون الأشعة السينية الجديدة.

لقد ثبت في النهاية أن الإشارات المخلوطة قابلة للإكتشاف فقط عندما تحدث العملية في الغلاف الإلكتروني الداخلي لذرة ليثيوم محفزة لحالة يقفز عندها هذا الإلكترون بإحكام للفراغ الذري، ويبقى بالخلف فيما يُعرف بحالة الإثارة. وبالمقارنة مع النظرية، تبين بخلاف ذلك أن هناك انتقال “لا يمكن رؤيته” لإلكترون في غلاف داخلي يساهم في عملية خلط الموجات.

 من خلال تحليل عملية خلط رنين بأربعة موجات، حصل الباحثون على صورة تفصيلية عن أين يسافر الإلكترون المُثار ضوئيًا خلال فترة عمره القصيرة جدًا.  تقول روبين أنجل، طالبة دكتوراه مشاركة في البحث، إنهم لن يرصدوا إشارة الخلط بأربع موجات، إلا إذا كان الإلكترون المُثار متمركز في منطقة حالية مجاورة من الفراغ الذري ويبقي بالخلف، ولأنهم استخدموا لون محدد من الأشعة السينية عرفوا أن هذا الفراغ الذري قريب جدًا من النواة الذرية لذرة الليثيوم.

ونتيجة لقدرة الأشعة السينية على إثارة إلكترونات الغلاف الداخلي تحديدًا لأنواع ذرية مختلفة في المادة، أتاحت النظرية المشروحة للباحثين أن يتتبعوا الإلكترونات التي تتحرك دائريًا في الجزيئات والمواد الصلبة بعد إثارتها بنبضة ليزر سريعة جدًا. بالطبع مثل هذه العمليات، كدوران الإلكترونات حول ذرات مختلفة بعد إثارتها بالضوء، هي خطوات جوهرية في تفاعلات كيميائية ضوئية أو تطبيقات مثل إنتاج الضوء من خلال الخلايا الكهروضوئية أو توليد الطاقة الشمسية مباشرةً.

وأوضح دانيال سشيك، باحث في معهد ماكس بورن (MBI): “ولأن نظريتنا في خلط الموجات المطيافية يمكن تدريجها لطاقات فوتون عالية جدًا في ليزرات الأشعة السينية، فإن كثير من الذرات المختلفة في الجدول الدوري يمكن إثارتها على نحو مُخصص. في هذا السياق، نتوقع أنه سيكون من الممكن تتبع التواجد المؤقت للإلكترونات في ذرات مختلفة عديدة لمادة أكثر تعقيدًا، يُقدم تصور جديد لهذه العمليات المهمة”.

المصدر : https://scitechdaily.com

ترجمة: آلاء أحمد

تويتر : AlaaAhm

مراجعة وتدقيق: زينب محمد


اترك تعليقاً

القائمة البريدية

اشترك في قائمتنا البريدية ليصلك جديد مقالاتنا العلمية وكل ماهو حصري على مجموعة نون العلمية

error: Content is protected !!