研究者たちは水流の中でエネルギーを与えられた電子の静止画像を読み取る
アラン・ボイル著
国際的な科学者チームは、液体の水のサンプルにX線を照射したときの電子の活発な動きを追跡することで、原子が放射線にどう反応するかを研究する新たな道を切り開いた。
今週号のサイエンス誌に掲載されたこの実験では、電子が結合している原子の運動を、わずかアト秒というスケールで「凍結」する必要がありました。1アト秒は100兆分の1秒、言い換えれば1兆分の1秒の100万分の1秒です。
アト秒スケールの観測により、放射線被曝が物体や人間にどのような影響を与えるかについて科学者に新たな知見がもたらされる可能性があります。
「原子はX線のような電離放射線に当たるとどうなるのでしょうか？このプロセスの初期段階を観察することは、放射線が物質に及ぼす影響を理解する上で長い間欠けていたピースでした」と、ワシントン大学の化学教授であり、パシフィック・ノースウエスト国立研究所の研究員でもあるシャオソン・リー氏は、ワシントン大学のニュースリリースで述べています。「この新しい技術は、その欠けていたピースを初めて明らかにし、非常に複雑で興味深い化学反応が起こる段階を観察する道を開きます！」
リー氏は、X線アト秒過渡吸収分光法（AX-ATAS）と呼ばれる手法について説明したScience誌論文の筆頭著者の一人です。この手法では、X線パルスを1つ用いて原子を励起し、その後に別のパルスを照射して励起原子の反応を調べます。
研究者たちは実験のために、カリフォルニア州にあるSLAC国立加速器研究所の線形コヒーレント光源で、薄い水シートにX線レーザーパルスを照射した。AX-ATAS法によって、X線によって励起された電子が励起状態へと遷移する様子を追跡することが可能になった。これは、より大きな原子核が移動して画像がぼやける前に実現できた。
「原理的には、電子の動きを追跡し、新たにイオン化された分子が形成される様子をリアルタイムで観察できるツールができました」と、シカゴ大学教授でアルゴンヌ国立研究所の特別研究員でもある、もう一人の上級研究著者のリンダ・ヤング氏はPNNLのニュースリリースで述べた。
Li氏とYoung氏は、Science誌に掲載された「液体の水のアト秒ポンプ・アト秒プローブX線分光法」と題された研究論文の26名の著者のうちの1人です。ワシントン州在住の著者には、Li氏に加え、Carolyn Pearce氏（PNNLおよびワシントン州立大学）、Emily Nienhuis氏（PNNL）が含まれます。論文の主著者の1人であるLixin Lu氏は、ワシントン大学博士課程在学中に本研究を実施し、現在はスタンフォード大学でポスドク研究員を務めています。本研究の詳細については、ワシントン大学とPNNLのニュースリリースをご覧ください。
