1. Mancanza di supporti di guadagno adatti:
* Inversione della popolazione: Creare un'inversione di popolazione, in cui più atomi sono in uno stato eccitato rispetto allo stato fondamentale, è cruciale per l'emissione stimolata. Alle energie a raggi X, gli stati eccitati sono di breve durata, rendendo estremamente difficile ottenere e mantenere una significativa inversione della popolazione.
* Livelli di energia: Le transizioni a raggi X comportano transizioni tra elettroni core, che hanno livelli di energia molto legati. Ciò significa che l'energia necessaria per eccitare questi elettroni è molto alta e anche la differenza di energia tra i livelli è grande. È difficile trovare materiali con livelli di energia adeguati per i laser a raggi X.
2. Difficoltà con le cavità:
* Cavità ottiche: Le cavità ottiche convenzionali utilizzate per i laser si basano su specchi per riflettere i fotoni avanti e indietro, amplificando la luce. Tuttavia, i raggi X interagiscono molto debolmente con la materia. Trovare materiali che possano riflettere efficacemente i raggi X e creare una cavità risonante è estremamente impegnativo.
* Diffrazione: La lunghezza d'onda dei raggi X è molto più breve della luce visibile, portando a significativi effetti di diffrazione. Ciò rende difficile limitare e focalizzare i raggi X all'interno di una cavità.
3. Breve lunghezza di coerenza:
* coerenza: I fotoni a raggi X sono emessi con lunghezze di coerenza molto brevi, il che significa che hanno una gamma limitata di lunghezze d'onda e non sono sincronizzati su lunghe distanze. Ciò limita la coerenza complessiva dell'uscita laser a raggi X.
4. Requisiti ad alta energia:
* Eccitazione: Pompare un mezzo di guadagno per ottenere l'inversione della popolazione nel regime a raggi X richiede fonti estremamente ad alta energia, spesso sotto forma di potenti laser o sincrotroni. Queste fonti stesse sono complesse e costose da operare.
5. Complessità dell'ottica a raggi X:
* Focus e manipolazione: Manipolare le travi a raggi X richiede un'ottica specializzata, come multistrato e cristalli Bragg, che possono essere difficili da fabbricare e allineare.
Nonostante queste sfide, si stanno facendo progressi significativi nella ricerca laser a raggi X:
* Laser di elettroni gratuiti (FELS): I FELS utilizzano elettroni relativistici in un Wiggler per generare radiazioni a raggi X coerenti. Sono potenti fonti di raggi X, sebbene siano strutture su larga scala e complesse.
* Generazione armonica alta (HHG): Questa tecnica prevede la concentrazione di intensi impulsi laser in un gas, producendo armoniche di alto ordine che possono raggiungere il regime a raggi X. Sebbene non così potenti come FELS, le fonti HHG stanno diventando più compatte ed efficienti.
Mentre il raggiungimento dell'azione laser tradizionale a lunghezze d'onda a raggi X rimane una sfida formidabile, questi approcci alternativi stanno aprendo eccitanti possibilità per esplorare nuove frontiere in scienza e tecnologia a raggi X.
