Когда лазерный луч врезается в газ, он вырывает из атомов электроны и разгоняет их почти до скорости света. Эти электроны, пролетая через плазму, испускают рентгеновские лучи — как светящийся след от быстрой частицы. В новой работе физики заставили один лазерный импульс создать не один, а два таких следа подряд.
Для этого газовую мишень сделали неоднородной: в одном месте плотность газа меняется резко, как ступенька. Первый электронный сгусток рождается, когда лазер ионизирует газ, а второй — когда плазменная волна натыкается на эту ступеньку. Каждый сгусток даёт свою рентгеновскую вспышку, и они следуют друг за другом с крошечной задержкой.
Такая пара импульсов — инструмент для изучения сверхбыстрых процессов: как электроны перескакивают между орбитами, как атомы меняют положение в молекуле. Раньше парные рентгеновские вспышки получали только на гигантских ускорителях размером с футбольное поле. Теперь тот же трюк удался на установке, которая помещается в лаборатории.
Учёные измерили спектр электронов и угловое распределение рентгеновского излучения. Оказалось, что два импульса исходят из разных точек плазменного канала и немного отличаются по направлению. Компьютерное моделирование подтвердило: каждый импульс связан со своим электронным сгустком. Всего за один выстрел лазера мощностью 40 тераватт рождается около десяти миллиардов рентгеновских фотонов — достаточно, чтобы рассмотреть быстрые движения атомов.
Длительность каждого рентгеновского импульса — несколько фемтосекунд. Это как если бы одну секунду растянуть до тридцати миллионов лет, а потом взять из неё один миг.