最強X射線激光轟擊單個分子：製造出「迷你黑洞」

堪薩斯州立大學的研究人員驚奇地發現，當他們用世界上最強的X射線激光轟擊單個分子時，出現了一個「迷你黑洞」。

直線加速器相干光源（Linac Coherent Light Source，LCLS）能夠以儘可能高的能量發出X射線，並在樣品被激光脈衝摧毀之前記錄下數據。

單束激光脈衝把分子中最大的原子從裡到外差不多「清空」了，只留下幾個電子。此時該原子變成了一個空洞，正不斷將分子其他部分的電子拖進去，就像黑洞在吞噬周圍螺旋形的物質盤。

新浪科技訊 北京時間6月6日消息，據國外媒體報道，堪薩斯州立大學的研究人員驚奇地發現，當他們用世界上最強的X射線激光轟擊單個分子時，出現了一個「迷你黑洞」。這束強烈的激光從內到外摧毀了分子，只留下一個空洞，類似太空中的黑洞，研究人員希望，這一出乎意料的結果或許將推動病毒和細菌的整體成像技術發展，並幫助科學家開發新型藥物。

堪薩斯州立大學的研究者是在對一個小分子進行X射線激光測試時製造出這個「分子黑洞」的。單束激光脈衝把分子中最大的原子從裡到外差不多「清空」了，只留下幾個電子。此時該原子變成了一個空洞，正不斷將分子其他部分的電子拖進去，就像黑洞在吞噬周圍螺旋形的物質盤。

當用直線加速器相干光源（Linac Coherent Light Source，LCLS）照射分子時，在30飛秒（千萬億分之一秒）內，這個分子失去了超過50個電子，導致其發生爆炸。LCLS常用於生物學個體——包括病毒和細菌——的成像。研究人員希望通過這個分子黑洞的實驗結果，可以更好地利用這種激光，進行更多有價值的實驗。

「對於任何使用強X射線對樣品進行聚焦的實驗而言，你都想要了解它如何對X射線做出反應，」參與研究的丹尼爾·羅爾斯（Daniel Rolles）說，「這篇論文表明，我們可以了解小分子的輻射損傷，並對其進行建模。因此，我們現在可以預測在其他系統中會出現什麼樣的損傷。」

LCLS能夠以儘可能高的能量發出X射線，並在樣品被激光脈衝摧毀之前記錄下數據。論文共同作者Sebasien Boutet說：「它們的強度比你把所有陽光聚焦在地球表面上指甲大小的範圍內還要強100倍以上。」

在這項研究中，研究人員用鏡子把X射線聚焦到一個直徑只有100納米——比人類頭髮的寬度還小1000倍——的點上。他們觀察了3種類型的樣品，包括具有54個電子的單個氙原子，以及兩種都具有1個碘原子——擁有53個電子——的分子。

根據此前的研究結果，研究人員預計電子會從原子的外層落進原子內部。這一過程確實發生了，但實驗並沒有就此停住。碘原子同樣會從附近的碳和氫原子中吸收電子，並最終失去總共54個電子。這一擾動和損傷水平不僅超出了研究人員的預料，而且在本質上也具有顯著的不同。

「我們認為，這種效應在較大的分子上更為重要，但我們還不知道如何定量測定它，」論文共同作者Artem Rudenko說，「估計有超過60個電子被清除，但我們不知道它在什麼地方停下來，因為我們無法探測到分子解體時飛出來的所有碎片，所以也不知道有多少電子消失了。這是我們需要研究的開放性問題之一。」

目前，研究人員希望用LCLS對更複雜的系統進行研究。LCLS的主管邁克·鄧恩（Mike Dunne）說：「對於希望獲得高解析度生物分子圖像的科學家來說，這一研究有很重要的益處，比如，他們可以用這種方法開發出療效更好的藥物。」（任天）

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