Co ciekawe, udział w eksperymentach wzięli także przedstawiciele Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk. Wraz ze współpracownikami z Japonii oraz Niemiec nasi rodacy próbowali zrozumieć, dlaczego obrazy dyfrakcji rentgenowskiej stają się ciemniejsze przy bardzo wysokich natężeniach promieniowania rentgenowskiego. O ile bowiem w większości przypadków użycie jaśniejszego źródła doprowadzi do powstania jaśniejszego obrazu, tak w odniesieniu do ultrakrótkich impulsów światła laserowego nie zawsze dzieje się podobnie.
Czytaj też: Stoimy u progu “nowej fizyki”. Model Standardowy nie jest pełnym obrazem rzeczywistości
Poza kwestią wyjaśnienia tej zagadki w celu zaspokojenia ciekawości, istotne będą także praktyczne korzyści płynące z prowadzonych badań. Mówi się między innymi o projektowaniu laserów, które byłyby w stanie wytwarzać impulsy o zdecydowanie krótszym niż obecnie czasie trwania.
W toku eksperymentów członkowie zespołu badawczego oświetlali kryształy krzemu takimi ultraszybkimi impulsami laserowymi światła rentgenowskiego. Jak wykazały obserwacje, powstałe obrazy dyfrakcyjne początkowo faktycznie stawały się jaśniejsze wraz ze wzrostem liczby fotonów padających na próbkę. Sęk w tym, że w pewnym momencie, tj. gdy intensywność wiązki rentgenowskiej przekracza pewien próg, obrazy dyfrakcyjne ciemnieją.
Paradoks związany z przyciemnianiem rejestrowanych obrazów może zapewnić istotny postęp w obrazowaniu i projektowaniu laserów
Prowadzone w tej sprawie śledztwo zostało szerzej opisane na łamach Physical Review Letters. Poza praktycznymi eksperymentami naukowcy wykorzystali również symulacje komputerowe. W ten sposób udało im się wyciągnąć bardzo istotne wnioski na temat tego niezwykłego paradoksu. Jak wyjaśniają, gdy fotony docierają do materiału, następuje masowe wybijanie elektronów z różnych powłok atomowych. W konsekwencji dochodzi do szybkiej jonizacji atomów w materiale.
Według autorów wyjaśnieniem zagadki jest to, że dochodzi do osłabienia sygnału dyfrakcyjnego za sprawą zjawisk zachodzących wcześniej – w ciągu pierwszych sześciu femtosekund interakcji. Gwoli ścisłości: jedna femtosekunda jest równa jednej biliardowej części sekundy. Jeśli zaś chodzi o dokładne przyczyny opisywanego fenomenu, to wygląda na to, iż w początkowej fazie oddziaływania promieniowania rentgenowskiego z materią wysokoenergetyczne fotony wzbudzają nie tylko walencyjne elektrony atomów, lecz również elektrony zlokalizowane blisko jądra atomowego.
Czytaj też: Bezbłędne obliczenia kwantowe są jednak możliwe. Kubity Rydberga mogą stanowić prawdziwy przełom
Idąc dalej, obecność głębokich dziur powłokowych w atomach ogranicza atomowe współczynniki rozpraszania. I choć mogłoby się wydawać, że to mało przydatne, czy wręcz problematyczne, to może za sobą nieść potencjalne korzyści. Wystarczy wyobrazić sobie obserwacje, które wykażą, jak różne atomy reagują na ultraszybkie impulsy rentgenowskie, co ułatwi trójwymiarowe rekonstruowanie złożonych struktur atomowych na podstawie uzyskanych obrazów dyfrakcyjnych.
