I ricercatori hanno creato minuscole bolle nell'acqua ad alta pressione tramite intensi laser focalizzati. In queste condizioni, le bolle si espandono a velocità supersonica e spingono un'onda d'urto costituita da un guscio sferico di acqua altamente compressa. Il gruppo di ricerca guidato dall'Università di Göttingen, insieme al Deutsches Elektronen-Synchroton (DESY) e al laser europeo a elettroni liberi a raggi X (European XFEL) hanno utilizzato una tecnica innovativa che prevede l'imaging flash olografico e impulsi laser a raggi X nanofocalizzati. La ricerca è stata pubblicata su Comunicazioni sulla natura .

Il team ha prima creato minuscole bolle con un raggio di pochi millesimi di millimetro focalizzando un impulso laser a infrarossi nell'acqua per creare cavitazione, un fenomeno in cui piccole cavità piene di vapore, cioè., bolle, formare in un liquido. I ricercatori hanno osservato la bolla in espansione con impulsi di raggi X ritardati sincronizzati ma attentamente controllati.

"In contrasto con la luce visibile, dove la rifrazione e la dispersione offuscano l'immagine, L'imaging a raggi X non solo risolve la forma ma anche il profilo di densità dell'interno sia della bolla che dell'onda d'urto, " spiega Malte Vassholz, dottorato di ricerca studente presso l'Università di Göttingen e autore principale della pubblicazione. "Questo ci ha permesso di generare ologrammi a raggi X delle minuscole bolle e registrare un grande flusso di dati con migliaia di eventi, che abbiamo poi analizzato da un 'algoritmo di decodifica' appositamente ideato per ottenere la densità del gas nella bolla e l'onda d'urto attorno ad essa." Grazie al ritardo di tempo ben controllato tra l'impulso laser di semina che ha creato l'effetto e l'X- impulso di raggio che lo ha misurato, il team potrebbe quindi registrare un filmato del processo.

I risultati del suo esperimento sfidano già le attuali conoscenze scientifiche e aiuteranno altri scienziati a sviluppare modelli migliori. Professor Tim Salditt, Professore di fisica dei raggi X presso l'Università di Göttingen, spiega, "Anche se l'acqua è il liquido più importante sulla Terra, c'è ancora molto da imparare su questa sostanza misteriosa e sfuggente. Grazie alle proprietà uniche della radiazione laser a raggi X generata presso l'XFEL europeo, e il nostro nuovo metodo di olografia a colpo singolo, ora possiamo osservare cosa succede realmente nel vapore e nell'acqua liquida in condizioni estreme."

Questa tecnica di ricerca fornisce approfondimenti per processi rilevanti in altre applicazioni:"La cavitazione può essere un effetto indesiderato nei fluidi nelle pompe o nelle eliche, ad esempio, ma può essere sfruttato per l'uso nella lavorazione laser di materiali o per modificare reazioni chimiche, " spiega il dottor Robert Mettin, un esperto di cavitazione da molti anni presso la Facoltà di Fisica, Università di Gottinga.

"Nella chirurgia laser, onde d'urto e gas compressi in minuscole bolle vengono creati intenzionalmente nei tessuti, da impulsi laser, " aggiunge Salditt. "In futuro, tali processi potrebbero essere 'filmati' in dettaglio, utilizzando la metodologia che abbiamo sviluppato, a livello microscopico e ad alta risoluzione temporale."