یک روش با دقت فمتو ثانیه، نخستین مراحل تشکیل نانو پلاسما را نشان می‌دهد که در زمان برخورد یک پالس قدرتمند اشعه ایکس (x-ray) به یک نانو ذره تشکیل می‌شود.
در حال حاضر پالس‌هایی با انرژی و شدت زیاد که در لیزرهای الکترون آزاد پرتو ایکس (XFELs) وجود دارند، به مطالعات جدیدی در رابطه با ساختار اشیایی در مقیاس نانو همچون پروتئین‌ها، منجر می‌شوند. اما پژوهشگران برای تفسیر مناسب چنین آزمایش‌هایی، ملزم به فهم برهمکنش‌های بین اشعه ایکس و ماده هستند. در حال حاضر یوشیاکی کوماگای (Yoshiaki Kumagai) از دانشگاه توکیو در ژاپن و همکاران او، نخستین مراحل تشکیل شی‌ای که نانو پلاسما نامیده می‌شود را نشان دادند. این شی در زمان برخورد یک پالس قدرتمند اشعه ایکس با گروهی از اتم‌ها، متشکل از چند هزار اتم ظاهر می‌شود.
فرآیند تشکیل نانو پلاسما به دلیل سختی اندازه‌گیری چنین رخدادهای سریعی، واضح نیست؛ اما کوماگای و همکارانش از تکنیکی که اخیراً توسعه داده بودند و رزولوشنی در حد فمتو ثانیه (fs) داشت، استفاده کردند. آن‌ها یک گروه پنج هزارتایی زنون را با یک پالس اشعه ایکس و به دنبال آن یک پالس مادون قرمز نزدیک (NIR)، که توانایی یونیزه کردن اتم‌های اضافی را داشت، با تاخیر اندکی بینشان منفجر کردند.
این تیم قطعات یونیزه‌ی تولید شده در زمان تاخیر را اندازه گیری کرده و متوجه شدند که تعداد یونهای Xe+ که در حدود ۱۲فمتوثانیه، تفکیک شده و سپس در جایی دورتر از یک دوره از چند صد فمتو ثانیه، سقوط کرده‌اند. آن‌ها این داده‌ها را با یک مدل نظری و همچنین داده‌های حاصل از آزمایش‌هایی که در آن تک اتم‌های زنون یونیزه شده بودند، مقایسه کردند.
پژوهشگران به این نتیجه رسیدند که پالس اولیه اشعه ایکس تولید کننده پلاسما، سریعا اتم‌های زنون (Xe∗) به شدت برانگیخته اما خنثی بسیاری را تولید می‌کند که می‌توانند با فوتون‌های نسبتا کم انرژی NIR یونیزه شوند. افزایش مشاهده شده در تعداد یونهای Xe+ ، در زمان کوتاه تاخیر، نشان دهنده وجود یک افزایش اولیه و سریع در تعداد اتم‌های Xe∗ است. اتم‌هایی که خودشان از طریق برخورد، یونهای Xe+ بسیاری را با پلاسما به اشتراک می‌گذارند. این گروه این اتم‌های Xe∗ به تازگی کشف شده را “دروازه هایی که ایجاد نانو پلاسما را توضیح می‌دهند” نامیده است؛ به این علت که آن‌ها منبع مهمی از یونهای پلاسما هستند.
این پژوهش در Physical Review X منتشر شده است.
