Istoria primelor cercetări cu radiații sincrotrone în Italia

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Această intrare va fi wikificată
Această intrare sau secțiune despre subiectul fizicii nu este încă formatată conform standardelor .
Contribuiți la îmbunătățirea acestuia în conformitate cu convențiile Wikipedia . Urmați sfaturile de proiectare de referință .

1leftarrow blue.svg Articol principal: Radiația sincrotronă .

Cercetările privind radiația sincrotronă din Roma și-au găsit începuturile cu formarea unui grup de spectroscopie atomică în 1927, când Enrico Fermi și Franco Rasetti împreună cu tinerii săi studenți Emilo Segrè și Edoardo Amaldi au organizat un grup de cercetare în spectroscopie atomică pentru studiul multora- fenomenele corpului în atomi. Problema fundamentală a mecanicii cuantice între 1927 și 1932 sunt efectele multicorpului și efectele neliniare din spectroscopia optică a stărilor excitate. Chiar și după ce interesul lui Fermi pentru fizica nucleară experimentală s-a schimbat din 1932, tinerii teoreticieni Giovanni Gentile Jr., Ettore Majorana , Leo Pincherle, Ugo Fano și Giulio Yoel Raccah din Florența continuă să se ocupe de efectele multicorpului în spectroscopia atomică. Fermi cu Emilio Segre i-a încredințat, de asemenea, în 1935 unui tânăr post Ugo Fano să se ocupe de teoria cuantică a mai multor corpuri din fizica atomică [1] pentru a explica stările excitate care apar în spectrele de absorbție atomică atunci când energia fotonului absorbit este mai mare decât potențialul de ionizare al atomului .

Atunci când energia fotonică este suficientă pentru emisia continuă de fotoelectron, coeficientul de absorbție ar trebui să scadă odată cu energia fotonului în mod regulat. Dimpotrivă, experimentele arată vârfuri de absorbție datorate stărilor excitate cvasi-legate sau cvasi-staționare degenerate cu continuum. Aceste stări finale numite rezonanțe trebuie să aibă o durată de viață foarte scurtă, deoarece starea cvasi-legată se descompune continuu. În timp ce decăderea ar trebui să fie ireversibilă în mecanica clasică, Fano a demonstrat în 1935 că, conform noii mecanici cuantice, fenomenul era reversibil datorită unui efect cuantic excepțional: interacțiunea de configurație dintre un canal de împrăștiere deschis și unul închis. Aceste rezonanțe au fost numite la Roma „rezonanțe de formă” care traduse în engleză devin „rezonanțe de formă”. Acest fenomen cu multe corpuri ar trebui să apară nu numai în spectrul de absorbție al heliului măsurat atunci, ci și în spectrele de absorbție X ale celorlalte elemente, dar, din păcate, acest lucru nu a putut fi verificat experimental, deoarece sursele de raze X nu erau disponibile în anii 1930. energie ridicată cu spectru continuu.

Ugo Fano fusese asistentul lui Fermi la Universitatea din Roma, colaborând cu Edoardo Amaldi în Fizică Nucleară și începuse să se ocupe de biofizică. Forțat de alți italieni să părăsească Universitatea din Roma, el a aterizat la New York, dar a refuzat invitația lui Fermi de a se ocupa de fizica nucleară la conferința Ann Harbour din iulie 1939. Își continuă cercetările în fizica atomică și biofizică în SUA și în anii '60. al secolului al XX-lea lucrează la National Bureau of Standard (NBS). Aici începem să folosim, ca surse continue de ultraviolete îndepărtate și raze X, acceleratorii de particule, de fapt, radiația sincrotronă are un spectru continuu. Ugo Fano în 1961 [2] își revizuiește și dezvoltă teoria din 1935, iar spectrele de absorbție atomică măsurate acum cu rezoluție înaltă la NBS confirmă teoria lui Fano în detaliu.

În acei ani (în 1958) în Italia s-a născut electrocincronul 1 GeV Frascati, la Laboratoarele Naționale Frascati ale Comitetului Național pentru Cercetări Nucleare (CNRN). În 1960 CNRN a devenit Comitetul Național pentru Energie Nucleară (CNEN). Electrosincronul este o sursă de raze gamma bremsstrahlung, vezi: Barbiellini și colab. [3] și un spectru continuu de radiație sincrotronă în câmpul de raze X moi, a se vedea: [4] .

Ugo Fano (unul dintre băieții din via Panisperna) la National Bureau of Standard din SUA, cu Yvette Cauchois de la "Institut Curie" din Paris și Mario Ageno, de la laboratorul de fizică al "Istituto Superiore di Sanità" (ISS) ) dezvoltă la Frascati proiectul „Sanità Luce”, prima instalație de radiație sincrotronă pentru spectroscopie X din Europa. Începe o primă colaborare a oamenilor de știință francezi și italieni din cele două institute: P. Jaeglé, C. Bonnelle P. Dhez, de la Institut Curie și G. Missoni de la ISS, care după plecarea lui Missoni în 1967 va fi urmată de grupul de Marta Cremone, se și G. Onoruri ale ISS și F. Combet Farnoux, „Institut Curie”. Cercetarea este orientată către studiul secțiunii transversale atomice pentru tranzițiile de la nivelurile de bază la continuum. În special cu privire la tranzițiile întârziate de la potențialul centrifugal de mare energie de interes pentru Ugo Fano în acei ani. Monocromatorul de cristal este transportat de la Paris la Frascati și rezultatele publicabile sunt obținute în ciuda măsurătorilor la electrosincrotronul, utilizate cu normă întreagă pentru fizica nucleară cu raze gamma, sunt efectuate fără canale („linii de fascicul”) pentru radiația tangentei sincrotronului la inel în care electronii călătoresc cu viteză relativistă. Spectrele sunt colectate cu detectoare de plăci fotografice, apoi citite cu un densitometru. [5] , [6] , [7] , [8] , [9] . Fano citează aceste lucrări în lucrarea sa fundamentală de revizuire a spectroscopiei X [10] .

În 1971 se încheie colaborarea dintre ISS și Institut Curie și The Monochromator X de Yvette Cauchois, el se întoarce în Franța.

Din 1968 sincrotronul nu mai prezintă interes pentru fizica nucleară, de fapt fizicienii nucleari s-au mutat să lucreze la Adonis. În loc să fie demontat, sincrotronul este reciclat ca o sursă de lumină sincronică.

O nouă instalație de radiație sincrotronă „Solidi Roma” este formată, activă între 1971 și 1975 la Frascati. Primele linii de fascicule dedicate spectroscopiei de radiație sincrotronă (în intervalul de la ultraviolete de vid la raze X moi (adică cu fotoni de energie în intervalul 10-200 eV) sunt construite la electrosincrotronul Frascati.

În anii 1970, subiectul cercetării cu radiații sincrotrone s-a mutat de la atomi la solizi. S-a născut grupul „Solidi Roma” de tineri oameni de știință care converg la LNF interesați de dezvoltarea noii spectroscopii X a solidelor. Grupul este format din Antonio Bianconi (de la laboratorul Euratom din Frascati și profesor responsabil la Universitatea din Camerino) Emilio Burattini (de la Universitatea din L'Aquila și coleg de CNR) Adalberto Balzarotti (asistent la Universitatea din Roma și profesor în responsabil la Universitatea din L'Aquila) și Mario Piacentini (bursă de la Universitatea din Roma). Ei desfășoară teza la grupul „Solidi Roma”: 1) Giancarlo Strinati de la Universitatea din Roma să-și desfășoare teza în fizică pe un nou monocromator pentru ultraviolete; Felice Rosito de la Universitatea din Camerino pentru teza privind proiectarea și construcția unui monocromator decupat în canal X care va fi construit și apoi utilizat pentru linia EXAFS-XANES de pe Adone și Claudio Quaresima de la Universitatea din Roma.

Prof. Edoardo Amaldi de la Universitatea din Roma, fondator și director al INFN, susține și promovează proiectul contribuind la acesta în mai multe moduri

inclusiv detașarea la LNF a unui tehnician mecanic al Città degli Studi di Roma de cel mai înalt nivel: Azelio Mancini.

Prof. Gianfranco Chiarotti și Franco Bassani sunt „mentorii” grupului „solidi Roma”, monocromatorul pentru ultraviolete de vid înființat în laboratorul G15 al Institutului de Fizică al Universității din Roma este transportat la Frascati.

Prof. Italo Federico Quercia, directorul LNF, susține și promovează proiectul și pune la dispoziția proiectului abilitățile grupului de mașini condus de Bizzarri și serviciile tehnice ale LNF.

Roberto Habel de la LNF se alătură grupului de cercetare și în laboratorul său se creează „fulgi” nanometrice auto-susținute de oxid de carbon și aluminiu.

Mario Ageno director al Istituto Superiore di Sanità (ISS) oferă monocromatorul McPerson pentru raze X moi. Martino Grandolfo din ISS se alătură grupului.

Grupul „Solidi Roma” dezvoltă colaborări internaționale. Profesorul. Ugo Fano de la Universitatea Chicago și David Linch de la Universitatea Iowa fac parte din comitetul științific. În semestrele de vară, Ugo Fano este invitat la Laboratoarele Naționale Frascati și urmărește îndeaproape lucrările experimentale. Prof. Andrzej Kisiel de la Universitatea din Cracovia din Polonia colaborează cu grupul Solidi Roma, interesat de fizica semiconductorilor și de sistemul de paladiu-hidrogen. Inelul accelerator este modificat pentru a insera două „linii de grinzi” heraldite construite de Antonio Bianconi, Emilio Burattini și Roberto Habel, care le montează modificând scuturile sincrotronei, blocurile de beton și pereții de plumb. 1972 sunt finalizate liniile de grinzi. Folosim noi detectoare electronice „channeltrons”, o nouă electronică cu „boxcar” și „lockin” pentru colectarea datelor. În octombrie 1972 începe să funcționeze instalația de radiație sincrotronă „Solidi Roma” de la electrosincrotronul 1 GeV din Frascati.

Rezultatele obținute cu electrosincrotronul arată în mod clar efectele structurii locale a materialelor asupra spectrelor de absorbție de la nivelurile miezului în raze X moi: rolul la pragul LIII în metale ale densității stărilor goale în banda de conducere a energiei Fermi [11] ] , rolul sub pragul X în izolatorii „excitaților de bază” [12] rolul oscilațiilor EXAFS în continuum [13] . Problema deschisă a fost interpretarea vârfurilor de absorbție continuă foarte intense la zeci de „electroni volți” deasupra pragului. Ugo Fano preferă să-și aplice teoria în cazul spectrelor moleculare, iar studenții săi Dehmer și Dill din Chicago dezvoltă teoria împrăștierii multiple pentru rezonanța formei la pragul de absorbție K al moleculei de azot [14] .

În Frascati, vârfurile continue puternice la zeci de eV peste pragul din spectrele de absorbție X ale materialelor complexe (oxizi amorf și cristalini, suprafețe, catalizatori) sunt interpretate ca „rezonanțe ale puțului interior” sau „rezonanțe de formă”. [12] polimofismul structurii locale a oxidului de aluminiu este colectat la sincrotronul Frascati: alumina amorfă și în formele cristaline alfa și gamma. Se arată că în „rezonanțele interioare ale puțului” sau în rezonanțele multiple „dispersante” sau „rezonanțele formei” fotoelectronul în starea de echilibru cvasi-legat este limitat la un "cluster" nanometric. Această interpretare confirmată de măsurători ale spectrelor de gaze moleculare, suprafețe, biomolecule, oxizi la inelul de stocare SPEAR de la instalația Stanford SSRL în 1976-1979, care va fi baza nașterii spectroscopiei XANES în 1980. [15] În 1975 electrosincrotronul Frascati a fost oprit după o Nu am reușit să schimb inelul de heraldită într-un inel de ceramică.

 Inelul de acumulare Adone văzuse lumina în Frascati în 1967, dar solicitările de utilizare a radiației sale sincrotrone au fost întotdeauna respinse pentru a lăsa timp doar pentru fizica elementară a particulelor.

În primăvara anului 1974, A. Balzarotti, A. Bianconi, E. Burattini și M. Piacentini au propus un proiect național CNR „Project for the Utilization of Synchrotron Light” (PULS) la Adone și i-au cerut lui Franco Bassani să fie directorul acestuia. Întrucât Edoardo Amaldi este președintele CNR, proiectul este aprobat și se semnează un acord între CNR și INFN pentru o instalație națională de radiații sincrotrone deschise întregii comunități științifice italiene din Frascati.

După descoperirea particulei J / Psi în noiembrie 1974, Adonis își pierde „atracția” pentru fizicienii de particule elementare care se mută la CERN la Geneva.

Proiectul PULS al CNR a început în 1977, dar membrii PULS au lucrat la inelele operaționale de acumulare din Medison, Wisconsin și Standord, California până în 1980. Abia în 1980, când toți cercetătorii cu energie ridicată s-au mutat la CERN din Geneva, Adonis este reciclat pentru sincrotron. căutări ușoare. PULS va folosi Adonis ca sursă de lumină sincrotronă timp de 13 ani, din 1980 până în 1993. În acești ani se formează o comunitate științifică italiană care operează în domeniul radiației sincrotronei. Vârfurile de excelență internațională sunt atinse în spectroscopia XANES, nume inventat de Antonio Bianconi pentru a indica spectrele datorate rezonanțelor de „împrăștiere multiplă” ale fotoelectronului [15] , este utilizat în primul articol de lumină sincrotronă produs de Adone [16] .

Odată cu lucrările de la Adone, spectroscopia XANES crește și se dezvoltă ca o nouă metodă experimentală de biofizică pentru studiul relației dintre funcția biologică a metaloproteinelor și structura atomică a sitului activ.

La Adone, cercetătorii din toată Italia și din străinătate converg asupra multor discipline diferite: de la fizica suprafeței la medicină, de la chimie și biologie la inginerie. Adonis produce sute de lucrări științifice în reviste internaționale, dintre care amintim doar două dintre primele rezultate experimentale obținute în 1980 [17] [18] , [19] și ultimele două lucrări obținute în 1993 folosind „wiggler” [20] , [21]

Un film „O noapte cu Adone” regizat de Piera Mattei și Luigi Di Gianni de la Superstripes Press a fost filmat în 1981 la Adone cu actori din cercetători și tehnicieni. Filmul a fost prezentat la expoziția „Cinci miliarde de ani. Ipoteza pentru un muzeu al științei” desfășurată la Palazzo delle Esposizioni din via Nazionale din Roma în 1981. Filmul documentează modul în care cercetătorii de biofizică care au aplicat noua spectroscopie XANES la studiul calciului proteine ​​și fizicieni în stare solidă care au aplicat spectroscopia de fotoemisiune la știința suprafeței.

Notă

  1. ^ Ugo Fano, „Despre spectrul de absorbție a gazelor nobile la limita spectrului arcului”, în Il Nuovo Cimento (1924-1942) 12, pp. 154-161 (1935).
  2. ^ U. Fano, Efectele interacțiunii de configurare asupra intensităților și schimbărilor de fază. Physical Review 124, 1866-1878 (1961)
  3. ^ G. Barbiellini, G. Bologna, G. Diambrini, GP Murtas, „Dovezi experimentale pentru o intensitate bremsstrahlung cvasi-monocromatică de la electronsincronul Frascati 1-GeV” ​​Phys. Rev. Lett.8, 454-457 (1962)
  4. ^ A. Balzarotti, M. Piacentini, M. Grandolfo, „Măsurarea distribuției spectrale a radiației sincrotrone electronice Frascati în regiunea (80 ÷ 1200) Å” Lettere al Nuovo Cimento, s. I, 3, 15-18 (1970)
  5. ^ Y. Cauchois, C. Bonnelle, G. Missoni "Premiers specters X du rayonnement d'orbite du synchrotron de Frascati" Comptes. R. Acad. Sc. Paris 257, 409-412 (1963)
  6. ^ P. Jaeglé, G. Missoni "Coefficient d'absorption massique de l'or dans la region de longueur d'onde de 26 à 120 Å" Comptes Rendus de l'Académie des Sciences de Paris 262: 71-74 (1966)
  7. ^ P. Jaegle, G. Missoni și P. Dhez, "Studiul absorbției razelor X Ultrasoft de către bismut și plumb folosind radiația pe orbită a sincronului Frascati" Physical Review Letters 19, 57 (1967)
  8. ^ P. Jaegle, F. Combet Farnoux, P. Dhez, M. Cremonese și G. Onori "Studiu experimental și teoretic al absorbției razelor ultra-moi în platină și tantal" Physics Letters A 26, 364 (1968 )
  9. ^ P. Jaeglé, F. Farnoux, P. Dhez, M. Cremonese și G. Onori, „Studiu experimental și teoretic al absorbției razelor X Ultrasoft în unele elemente grele” Recenzie fizică 188, 30 (1969)
  10. ^ U. Fano și J. Cooper „Distribuția spectrală a forțelor oscilatorului atomic” Review of Modern Physics 40, 441 (1968)
  11. ^ A. Balzarotti, A. Bianconi, E. Burattini "Rolul densității stărilor de conducere pe spectrul de absorbție al aluminiului de $ L2,3 $" Physical Review B 9, 5003 (1974)
  12. ^ a b A. Balzarotti, A. Bianconi, E. Burattini, M. Grandolfo, R. Habel, M. Piacentini "Tranziții de bază de la nivelul Al 2p în amorfă și cristalină Al2O3" Physica Status Solidi (b) 63, 77 ( 1974)
  13. ^ A. Balzarotti, A. Bianconi, E. Burattini, G. Strinati "Spectrul de absorbție ultravioletă îndepărtat al ionului K + în KCl" Comunicații în stare solidă 15, 1431 (1974)
  14. ^ J. Dehmer, D. Dill, Rezonanțe de formă în fotoionizarea K-Shell a moleculelor diatomice. Physical Review Letters 35, 213-215 (1975)
  15. ^ a b A. Bianconi "Spectroscopia de absorbție a razelor X de suprafață: Surface EXAFS and surface XANES" Applications of Surface Science 6, 392-418 (1980)
  16. ^ M. Belli, A. Scafati, A. Bianconi, S. Mobilio, L. Palladino, A. Reale și E. Burattini, "Absorbția razelor X în apropierea structurilor de margine (XANES) în compuși Mn simpli și complecși" Solid State Comunicări 35, 355-361 (1980)
  17. ^ L. Alagna, AAG Tomlinson, A. Bianconi și A. Desideri, "Corelația marginii absorbției K și a spectrelor EXAFS ale transferinei ferice umane cu acele complexe de fier (III) model"
  18. ^ Chimie anorganică Acta 40, X72 + (1980)
  19. ^ A. Bianconi, I. Davoli, S. Alemà, I. Castellani, P. Fasella și B. Oesch, "Situri de legare Ca ++ cu afinitate ridicată și scăzută în troponină-C studiate prin radiație sincrotronă" Inorganica Chimica Acta 40, X111 (1980)
  20. ^ E. Puppets, J. Purans și A. Kuzmin "Studiile XAFS ale oxizilor amorfi octaedri" Jpn. J. Appl. Fizic. 32 (1993) Supliment 32-2 pp. 655-657 Arhivat 6 ianuarie 2014 la Internet Archive .
  21. ^ S. Della Longa, A. Bianconi, L. Palladino, B. Simonelli, A. Congiu Castellano, E. Borghi, M. Barteri, M. Beltramini, GP Rocco și B. Saved, " An x-ray absorption near studiu de spectroscopie a structurii marginilor a coordonării metalelor în hemocianina Carcinus maenas substituită cu Co (II) " Biophysical Journal 65, 2680 (1993)

Bibliografie

Elemente conexe

linkuri externe

Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=History_of_prime_research_with_radiation_of_synchrotron_in_Italy&oldid=119060829 ”