100 ATTOSANİYE, 10 TERAVAT

Bir attosaniye, saniyenin milyarda birinin milyarda biridir. Bu kadar kısa ışık atımları, atomlardaki, moleküllerdeki ve katılardaki elektronların hareketine kendi doğal zaman ölçeklerinde doğrudan erişim sağlar; bu alan 2023 Nobel Fizik Ödülü ile taçlandırıldı. Masaüstü kaynaklar attosaniyelik atımlar üretir, ama özellikle kısa dalga boylarında enerjileri sınırlıdır. Bu da ışığın elektronları güçlü biçimde sürüklediği “güçlü sürülen” deneyleri olanaksız kılar.

Serbest elektron lazerleri bu sınırı aşar. Bu makinelerde neredeyse ışık hızında ilerleyen bir elektron demeti, yönü sırayla değişen uzun bir mıknatıs dizisinden, bir dalgalandırıcıdan (undulator) geçer. Demetteki çok küçük yoğunluk dalgalanmaları kendi kendini güçlendirir ve sonunda elektronlar şiddetli bir X-ışını parlaması yayar. Bu tür birkaç tesis, yüzlerce mikrojoule’e varan attosaniyelik X-ışını atımlarını zaten rutin olarak üretiyor.

Paket ne kadar kısaysa parlama o kadar kısa

Attosaniyelik bir parlama elde etmek için lazer ışıması yapan elektron paketinin kendisi de son derece kısa olmalıdır. Evgeny Schneidmiller ve DESY, European XFEL, TU Dortmund ile Hamburg ve Kassel üniversitelerinden 37 meslektaşı, Almanya’nın Schenefeld kentindeki süperiletken X-ışını lazeri European XFEL’de işi uç noktaya taşıdı.

European XFEL’in yerleşimi: bu çalışmada kullanılan beş sıkıştırma aşaması yeşil daireyle işaretli. — Şekil 1, Schneidmiller ve ark. (2026), arXiv:2609.31534.

Üç yerine beş sıkıştırma

Normal işletimde paketler, onları kısaltan üç manyetik “şikandan” geçer ve sonuncusu kasıtlı olarak yalnızca kısmen sıkıştırır. Ekip her şeyi değiştirdi:

• Üçüncü şikan artık 350 pikokulonluk oldukça ağır bir paketi tamamen sıkıştırıyor.
• Normalde nötr olan bir kolimatör bölümü dördüncü aşamaya dönüşüyor: demeti nominal enerjisinin 300 MeV üzerinde, 14,3 GeV’te çalıştırmak, onu daha da sıkıştıran ikinci dereceden bir etkiyi devreye sokuyor.
• İki dalgalandırıcı hattı arasındaki büküm, bir çift odaklama mıknatısının ayarı bozularak beşinci aşamaya dönüşüyor. Paket, yukarı akıştaki 200 metrelik bir dalgalandırıcıyı geçerken doğru enerji yayılımını kazanmış oluyor.

Simülasyonlar, paketin bir mikrometrenin altına sıkıştığını ve tepe akımının 150.000 amper olduğunu gösteriyor; bu, bir X-ışını lazeri için olağanüstü yüksek bir değer, ancak bu ışın hattında doğrudan ölçülemiyor. Anahtar, yüksek elektron enerjisi: yazarların belirttiğine göre, başka yerlerde yumuşak X-ışınları için kullanılan 3–4 GeV’te böyle bir paketin enerji yayılımı lazerin çalışmasını engellerdi.

Bir attosaniyede milijoule’ler

2025 ve 2026’daki üç deney dönemi, 1.000 elektronvoltluk (yaklaşık 1,2 nanometre dalga boyunda) X-ışını parlamaları üretti. Döneme göre atımların %20 ile %39’u spektrumlarında tek ve temiz bir tepe gösterdi; ortalama enerjileri 1,2 ile 2,0 milijoule arasındaydı. Tek tek atımlar 10 ile 30 eV arasında spektral genişliklerle 3 milijoule’e ulaştı.

Süre spektrumdan çıkarılıyor: 18 eV genişliğindeki bir atım, en iyi durumda yaklaşık 100 attosaniyeye karşılık geliyor. Genişlik enerjiye karşı çizildiğinde, bu ideal varsayım altında tek tepeli olayların %57’si 10 teravat tepe gücüne karşılık gelen çizginin üzerinde kalıyor; kötümser bir varsayım altında bile %6’sı.

Her nokta tek tepeli bir X-ışını atımı. Kesikli eğrilerin üzerindeki noktalar 10 teravatın üzerindeki tepe güçlerine karşılık geliyor. — Şekil 4, Schneidmiller ve ark. (2026), arXiv:2609.31534.

Tek tek seçilen atımlar

Süre doğrudan zaman içinde ölçülmüyor: spektrum ışığın fazına erişim sağlamaz, dolayısıyla tahmin standart bir modele ve bu tür atımların olası en kısa sürelerine yakın olduğunu gösteren son ölçümlere dayanıyor. Atışlar da birinden diğerine büyük dalgalanmalar gösteriyor. Ama European XFEL saniyede on binlerce atıma kadar üretiyor ve her atımın enerjisi ile spektrumu onu yok etmeden kaydedilebiliyor. Kullanıcılar yalnızca en kısa ve en yoğun parlamaları tutabilecek; yazarlara göre bu, sınırlarına kadar zorlanan elektronları gözlemlemek için yeni bir rejim.