疯狂科学家又造黑洞了！存活30飞秒后爆炸

X射线剥离了碘原子（右上方）的电子，把它们拉向左侧的黑洞，最终吞噬这些电子。Credit: DESY/Science Communication Lab

　　全球功率最大的X射线机就在两周前创造了一个分子大小的“黑洞”。

　　分子“黑洞”不是我们常常听到的宇宙空间内存在的一种天体。宇宙里的黑洞引力很大，使得视界内的逃逸速度大于光速，它吞噬周围的一切事物。但是这里X射线激发出的分子黑洞是一个微小的虚空，它剥离了原子核周围的电子，将电子统统吸进去——对，就像是黑洞的行事风格！

　　“它仅仅从周围的原子上吞没了很多电子。”Sebastien Boutet说道，他是该研究的合作者之一，也是加州SLAC国家加速器实验室的物理学家。“这是一种类比，就好像黑洞用引力将所有的物质拉到它身边。”

　　分子黑洞效应的发现多亏了高能X射线，这类X射线的工作原理就像是用放大镜给太阳光聚焦产生高温，高能X射线也用了大量光学器件将能量聚集在很小的空间内。

高能X射线

　　实验主要依靠了SLAC的线性相干光源产生的X射线，这类X射线能量极高，所以又被称为硬X射线。打开光源之前，Boutet和他的同事找来许多镜子设计光路系统，给X射线聚焦，目的是为了将光斑缩小到100纳米（人类头发的直径是70000纳米，一纳米为十亿分之一米）。

　　聚焦好的X射线随后打在充满氙原子和CH3I（碘甲烷）的气囊，高能X射线将首先剥离碘原子最内层能级的电子。随后外层电子也逐渐靠近内层，最后收缩到X射线光斑处。

　　当然，X射线也不仅仅是剥离碘原子的外层电子，它疯狂地榨干碘原子的53个电子后，X射线制造的“黑洞”将矛头指向了周围碳原子上的电子。最终合计起来，一个CH3I分子总共失去了54个电子。

　　整个吞噬电子的过程仅仅发生在30飞秒（1飞秒为一千万亿分之一秒）内。也许是“分子黑洞”吃撑了，实验最后CH3I分子爆炸了。

理论与实验

　　“实验结果说明以前物理学家提出的X射线脉冲模型可能存在许多缺陷。”Boutet说道。

　　“即使对于一些简单的系统，也很难预测最后会发生什么，例如CH3I的6原子系统，我们最后也没有预料到它会爆炸。我们也很无奈啊~”Boutet补充道。

　　这项实验有什么用呢？它可以帮助科学家更加细致了解高能激光脉冲带来的辐射损害。而这些高能激光脉冲又是人类观察有机分子（病毒、细菌）的重要手段。

　　尽管分子黑洞的演化剧烈，但该过程从未在地球上发生过。“也许会有些天体级别的事件会产生类似分子黑洞的现象，例如超新星（Supernova）爆炸”Boutet说道。“人类生活的自然界是不可能发生的。”

超新星爆炸形成太阳系的过程：

　　a，一团宇宙尘埃和星云。

　　b，冲击波压缩星云等物质。c，年轻的恒星形成。 credit：课件

　　以上的实验研究发表于Nature期刊上（5月31日）。

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