X射線剝離了碘原子（右上方）的電子，把它們拉向左側的黑洞，最終吞噬這些電子。Credit: DESY/Science Communication Lab
全球功率最大的X射線機就在兩周前創造了一個分子大小的「黑洞」。
分子「黑洞」不是我們常常聽到的宇宙空間內存在的一種天體。宇宙裡的黑洞引力很大，使得視界內的逃逸速度大於光速，它吞噬周圍的一切事物。但是這裡X射線激發出的分子黑洞是一個微小的虛空，它剝離了原子核周圍的電子，將電子統統吸進去——對，就像是黑洞的行事風格！
「它僅僅從周圍的原子上吞沒了很多電子。」Sebastien Boutet說道，他是該研究的合作者之一，也是加州SLAC國家加速器實驗室的物理學家。「這是一種類比，就好像黑洞用引力將所有的物質拉到它身邊。」
分子黑洞效應的發現多虧了高能X射線，這類X射線的工作原理就像是用放大鏡給太陽光聚焦產生高溫，高能X射線也用了大量光學器件將能量聚集在很小的空間內。
高能X射線
實驗主要依靠了SLAC的線性相干光源產生的X射線，這類X射線能量極高，所以又被稱為硬X射線。打開光源之前，Boutet和他的同事找來許多鏡子設計光路系統，給X射線聚焦，目的是為了將光斑縮小到100納米（人類頭髮的直徑是70000納米，一納米為十億分之一米）。
聚焦好的X射線隨後打在充滿氙原子和CH3I（碘甲烷）的氣囊，高能X射線將首先剝離碘原子最內層能級的電子。隨後外層電子也逐漸靠近內層，最後收縮到X射線光斑處。
當然，X射線也不僅僅是剝離碘原子的外層電子，它瘋狂地榨乾碘原子的53個電子後，X射線製造的「黑洞」將矛頭指向了周圍碳原子上的電子。最終合計起來，一個CH3I分子總共失去了54個電子。
整個吞噬電子的過程僅僅發生在30飛秒（1飛秒為一千萬億分之一秒）內。也許是「分子黑洞」吃撐了，實驗最後CH3I分子爆炸了。
理論與實驗
「實驗結果說明以前物理學家提出的X射線脈衝模型可能存在許多缺陷。」Boutet說道。
「即使對於一些簡單的系統，也很難預測最後會發生什麼，例如CH3I的6原子系統，我們最後也沒有預料到它會爆炸。我們也很無奈啊~」Boutet補充道。
這項實驗有什麼用呢？它可以幫助科學家更加細緻了解高能雷射脈衝帶來的輻射損害。而這些高能雷射脈衝又是人類觀察有機分子（病毒、細菌）的重要手段。
儘管分子黑洞的演化劇烈，但該過程從未在地球上發生過。「也許會有些天體級別的事件會產生類似分子黑洞的現象，例如超新星（Supernova）爆炸」Boutet說道。「人類生活的自然界是不可能發生的。」
超新星爆炸形成太陽系的過程：
a，一團宇宙塵埃和星雲。
b，衝擊波壓縮星雲等物質。c，年輕的恆星形成。 credit：課件
以上的實驗研究發表於Nature期刊上（5月31日）。
來源參考：連結