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x光|教授一作发Science：颠覆传统，史上第一个诺贝尔物理奖有望迎来新的革命！

【x光|教授一作发Science：颠覆传统，史上第一个诺贝尔物理奖有望迎来新的革命！】
x光|教授一作发Science：颠覆传统，史上第一个诺贝尔物理奖有望迎来新的革命！
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x光|教授一作发Science：颠覆传统，史上第一个诺贝尔物理奖有望迎来新的革命！
1895年 ， 诺贝尔（Alfred Bernhard Nobel）设立诺贝尔奖 。 同年 ， 德国物理学家伦琴（Wilhelm R?ntgen）发现X射线 。
1901年 ， 伦琴因发现X射线获得史上第一次诺贝尔物理学奖 。
一百多年来 ， X射线 ， 这个听起来有点熟悉又奇怪的名字 ， 已经彻底改变了人类的生活 ， 在物理学 ， 材料科学 ， 化学和生命科学等诸多领域产生了革命性的影响 。 尤其是在医学上 ， 基于X射线的技术为疾病的诊断和治疗付出了汗马功劳 。
虽然居功至伟 ， X射线的辐射会对人体造成损伤 ， 也是人所共知 。
X射线 ， 是天使 ， 还是魔鬼？这是似乎是一个没有答案的问题 。

不同寻常的现象长期以来 ， 光与物质的相互作用都是一个值得深入探索的问题 。 非线性光学的出现 ， 为光学技术的发展带来了许多新的机遇 。 能否将非线性过程从光学拓展到X射线领域 ， 成为了物理学家心心念念的事情 。
本质上而言 ， X射线对原子的破坏是从内到外的 ， 原子中深度结合的电子将被驱逐 ， 留下一个“核心孔” 。 这种不稳定的状态引发一系列电子弛豫 ， 将中性原子变成离子 ， 从而破坏分子中的化学键 ， 或在固体中产生缺陷 。
那么 ， X射线的非线性过程 ， 会有什么不一样的？
为了深入探究X射线的新奇性质 ， 德国Max Born Institute研究所Ulrich Eichmann教授等人在Science发表论文 ， 通过光子反冲成像技术展示了在单原子水平上超越X射线辐射损伤的异常行为 。 在自由电子激光器（FEL）提供的极强的X射线的照射下 ， 他们检测到中性氖原子 ， 这些中性氖原子只是被激发 ， 并没有被破坏 。
这一现象 ， 明显违反了传统X射线损伤的认知 。
单原子尺度的X射线辐射在简单的光-物质相互作用实验中 ， 原子束与FEL的强X射线闪光碰撞后 ， 所有离子都会偏转 ， 而中性原子会撞击一个位置敏感的检测器 ， 该检测器设置为仅受激发的原子会触发信号 。 所有经历受激X射线拉曼散射的原子 ， 都会在检测器上的显示出特征形状（用“ I”标记斑点而不是“ X”） 。
吸收一个X射线光子 ， 会产生一个不稳定的核心孔（原子损伤的种子） ， 但是在同一X射线脉冲中 ， 光子的受激发射会立即将来自同一原子的另一个外电子充满该孔 ， 从而基本上立即“ 治愈”原子 。
在这个过程中 ， 将产生一个轻度激发的中性原子 ， 该中性原子沿激光方向获得了柔和的力学作用 ， 就好像它只与能量低得多的正电离光子相互作用一样 。 经历其他自然衰变过程（例如光子或电子的自发发射）的原子将遭受较大的动量冲撞 ， 因此将在检测器上显示为扩散光晕 。 相比之下 ， X射线激发的拉曼过程的动量转移几乎可以忽略不计 ， 这是由于相干激发和受激发射的非线性组合过程中 ， 共传播的吸收和再发射光子几乎完美的补偿 。
两个特色X射线的研究不可谓不多 。 之前就有实验观察到了在稠密介质中受激发的X射线拉曼散射 。 本研究的第一个特色在于：首次从实验上分离 ， 提取和检测单个“幸存者颗粒” ， 并发现这些“幸存者颗粒”被强烈的X射线激发但依然能保持中性 。 在以前的方法中 ， 信号光与强烈的X射线共同传播 ， 因此限制了对微弱信号的检测 ， 而光子反冲成像技术则允许以单粒子灵敏度进行无背景检测 。
本研究的另一个特色就在于：高度可重复性 。 作者采用的EuXFEL ， 是目前世界上最强大的X射线激光器 。 研究人员以每秒1000次的有效发射来隔离经历X射线激发拉曼过程的原子 ， 可以尽情地研究X射线与原子的相互作用 。 所采用的成像方法具有极高灵敏度 ， 可以对X射线特性进行微调 ， 以相最大突显出所需的非线性“柔和”X射线激发 。


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