بعد از انتظاری ۴۵ساله، دانشمندان مرکز شتاب‌دهنده خطی استنفورد (SLAC) وابسته به وزارت انرژی آمریکا، موفق به تولید خالص‌ترین و کم‌بسامدترین لیزر پرتو ایکس شدند؛ دستاوردی که نوید موجی جدید از کشفیات علمی را می‌دهد.

به گزارش نیچر، این پژوهشگران با تمرکز دادن پرتوهای تولیدشده در "چشمه نور همدوس شتاب‌دهنده خطی" (LCLS) وابسته به مؤسسه SLAC، بر یک کپسول حاوی گاز نئون، موفق به تحریک یک جریان آبشارمانند از پرتوهای ایکس و لذا تولید نخستین "لیزر پرتو ایکس اتمی" جهان شدند. به‌گفته نینا رورینگر (Nina Rohringer)، فیزیکدانی از کارگروه مطالعات پیشرفته انجمن ماکس پلانک آلمان‌ که سرپرستی این پژوهش را عهده‌دار بوده است، "پرتوهای ایکس، دید نافذی را به درون دنیای اتم‌ها و مولکول‌ها می‌کشانند." رورینگر و گروهش، این پژوهش را با همکاری محققانی از دانشگاه ایالتی کلرادو و نیز آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور آمریکا به ثمر رساندند.
 
وی می‌افزاید: "روزی را می‌بینیم که محققان، این نوع جدید از لیزر را در حوزه‌های گوناگون و جذابی نظیر بررسی جزئیات واکنش‌های اتمی، یا تماشای مستقیم فعل و انفعالات زیستی در ابعاد مولکولی به کار گیرند. هرچه بسامد لیزر کوتاه‌تر باشد، می‌توان فعل و انفعالات را سریع‌تر و هر چه خلوصش بیشتر باشد، جزئیات ریزتری را زیر نظر گرفت."
 
از سال ۱۹۶۷ میلادی پیش‌بینی شده بود که می‌توان از روشی شبیه به فرآیند تولید لیزر نوری- یعنی تحریک کردن الکترون‌ها به فروریزش از ترازهای اتمی ِ پرانرژی به ترازهای کم‌انرژی‌تر که به آزادسازی یک فوتون می‌انجامد- دست به ساخت لیزر پرتوایکس هم زد، اما تا سال ۲۰۰۹ که LCLS به راه افتاد، هیچ منبع پرتوایکسی نبود که قدرت لازم برای تولید چنین نوعی از لیزر را داشته باشد.
در فرآیند تولید لیزر اتمی، پالس‌های پرقدرت پرتوایکس که توسط LCLS تولید می‌شد- و هرکدام‌شان یک میلیارد بار درخشنده‌تر از نمونه‌های قبلی بودند- موجب آزادسازی الکترون‌های موجود در ترازهای میانی بخش اعظمی از اتم‌های نئون می‌شدند. ترازهای خالی اتم‌های نئون، در دو درصد از موارد توسط الکترون‌های آزاد پر می‌شد. این الکترون‌ها نیز انرژی‌شان را با گسیل یک فوتون پرقدرت پرتوایکس آزاد می‌کردند. فوتون‌های تولیدشده، اتم‌های همجوار را تحریک می‌کردند و با به راه انداختن یک جریان دومینومانند، انرژی پرتو تولیدشده را که همان لیزر پرتو ایکس اتمی باشد تا ۲۰۰ میلیون برابر انرژی القایی افزایش می‌دادند.
 
هرچند که پرتو القایی و پرتو تولیدی، هردوی‌شان از نوع لیزر هستند، اما فرآیندهای تولید نورشان با هم متفاوت است و نورشان هم خواص یکسانی ندارد. LCLS، با عبور دادن الکترون‌های پرانرژی از درون میدان‌های مغناطیسی متناوب موفق به تولید لیزر پرتو ایکس می‌شود که بسامد و همچنین درخشندگی‌اش از پرتوهای ایکس معمولی بیشتر است، اما لیزر پرتو ایکس اتمی، نه‌تنها بسامدش معادل یک‌هشتم لیزر پرتو ایکس غیر اتمی است، خلوص بیشتری دارد و واجد کیفیاتی است که آن را قادر به تمیز جزئیات واکنش‌های فوق سریع می‌کند؛ امکانی که تا پیشتر میسر نبود.
 
جان بوزک (John Bozek)، از دانشمندان LCLS می‌گوید: "این موفقیت، راه را به روی قلمروی جدید از توانمندی‌های پرتو ایکس گشود. مطمئناً دانشمندان خواهان مجهز شدن به ابزارآلاتی‌اند که این نوع از لیزر را به کار بگیرد." مثلاً محققان امید دارند که روزی بشود از لیزر LCLS و نیز لیزر اتمی، در یک پژوهش دوسویه استفاده کرد: یعنی کاری کرد که لیزر اولی، باعث بروز دگرگونی‌هایی در نمونه تحت بررسی شود و بعد از آن، لیزر دومی، دگرگونی‌های رخ‌داده را با دقتی معادل یک‌کوادریلیونیم ثانیه، به ثبت برساند. به‌گفته رورینگر، پژوهش‌های بعدی معطوف به تولید لیزرهای پرتو ایکس کم‌بسامدتر از طریق القای انرژی به اتم‌های اکسیژن، نیتروژن و گوگرد خواهد بود.
 
ترجمه از احسان سنایی