Новый метод превращает шум в ценные данные, чтобы улучшить понимание химических реакций и свойств материалов с беспрецедентной детализацией на атомном уровне. Результаты этого исследования [опубликованы](https://www.nature.com/articles/s41586-025-09214-5) в журнале Nature.
Переворот в визуализации на атомном уровне
Исследователи представили новую рентгеновскую технику, которая может преобразовать наше понимание движения электронов на микроскопическом уровне. Этот передовой метод, разработанный международной командой учёных, использует уникальные свойства рентгеновского лазера Европейского XFEL в Шенфельде близ Гамбурга, Германия — крупнейшего рентгеновского лазера в мире — для получения детальных снимков атомных взаимодействий.
Техника стохастического стимулированного рентгеновского рамановского рассеяния (s-SXRS)
Техника, называемая стохастическим стимулированным рентгеновским рамановским рассеянием (s-SXRS), превращает шум в ценные данные, предлагая снимки электронных структур атомов. Это достижение создаёт основу для прорывов в химическом анализе и материаловедении.
Исследователи из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE), Института Макса Планка по ядерной физике, научного инструмента Small Quantum Systems (SQS) Европейского XFEL и других разработали этот инновационный подход к рентгеновской спектроскопии, достигнув беспрецедентной детализации и разрешения.
Линда Янг о технике
«Химики давно мечтали увидеть, как движутся электроны в возбуждённых состояниях, поскольку именно эти движения определяют химические реакции, — говорит Линда Янг, выдающийся научный сотрудник Аргоннской национальной лаборатории и профессор Чикагского университета. — Наша техника приближает нас к осуществлению этой мечты».
Практическое применение
Практическое применение стохастического стимулированного рентгеновского рамановского рассеяния широко. Например, оно может дать представление о том, как образуются или разрываются химические связи, предлагая более глубокое понимание фундаментальных процессов, имеющих отношение к химическому анализу. Эти знания необходимы для разработки новых материалов с определёнными электронными свойствами, влияющими на такие отрасли, как электроника и нанотехнологии.
Исследования с использованием Европейского XFEL
Исследователи направили рентгеновские импульсы Европейского XFEL через неоновый газ и использовали спектрометр для сбора результирующего излучения. Эксперты Европейского XFEL сыграли жизненно важную роль в координации установки и проведении тщательного предварительного экспериментального тестирования.
«Это обеспечило оптимальные условия фокусировки, которые имели решающее значение для эффективного сбора большого объёма данных во время эксперимента», — объясняет Майкл Мейер, руководитель группы Small Quantum Systems (SQS) в Европейском XFEL и исследователь в Кластере передового опыта CUI: Advanced Imaging of Matter.
Наблюдения за асимметрией материи и антиматерии
Первые известные наблюдения асимметрии материи и антиматерии в распадающейся составной субатомной частице, принадлежащей к классу барионов, были получены в эксперименте LHCb, расположенном на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе. Этот эффект, известный как нарушение зарядовой чётности (CP), был теоретически предсказан, но до сих пор ускользал от наблюдения в барионах.
Экспериментальная проверка этого нарушения асимметрии в барионах, [опубликованная](https://www.nature.com/articles/s41586-025-09119-3) в журнале Nature на этой неделе, важна, поскольку барионы составляют большую часть материи в наблюдаемой Вселенной.
Космологические модели предполагают, что материя и антиматерия были созданы в равных количествах во время Большого взрыва, но в современной Вселенной материя, по-видимому, преобладает над антиматерией. Этот дисбаланс, как полагают, обусловлен различиями в поведении материи и антиматерии: нарушением симметрии, известным как нарушение CP.
Этот эффект был предсказан Стандартной моделью физики и экспериментально наблюдался в субатомных частицах, называемых мезонами, более 60 лет назад, но никогда ранее не наблюдался в барионах. В отличие от мезонов, которые образованы двумя кварками, барионы образованы тремя кварками — частицами, из которых состоит большая часть материи, такими как нейтроны и протоны.
Сюйэтин Ян и коллеги из эксперимента LHCb представляют первое наблюдение нарушения CP в распадах барионов, используя данные, собранные в результате столкновений протонов на LHC. Асимметрия CP выявляет разницу в поведении между барионной материей и антиматерией.
Хотя такое нарушение было предсказано и не объясняет дисбаланс материи и антиматерии в Большом взрыве, выяснение деталей этого нарушения экспериментально даст важные подсказки, открывая возможности для дальнейших теоретических и экспериментальных исследований природы нарушения CP. Эти выводы потенциально прокладывают путь к поиску физики за пределами Стандартной модели, заключают авторы.
[Предоставлено Европейским XFEL](https://phys.org/partners/european-xfel/)
[Больше из раздела «Другие физические темы»](https://www.physicsforums.com/forums/other-physics-topics.111/)
[Предоставлено Nature Publishing Group](https://phys.org/partners/nature-publishing-group/)
[Больше из раздела «Другие физические темы»](https://www.physicsforums.com/forums/other-physics-topics.111/)