X射線技術破解數十年謎題：揭示六氟化硫離解動力學

一個國際科學家團隊對高能X射線激發下六氟化硫（SF6）的離解動力學有了新的認識。這項研究利用了先進的同步輻射技術，揭示了在SF6深核空穴衰變過程中中性硫原子的形成。這項工作發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。

理解X射線與物質的相互作用對科學研究和包括醫療、技術進步在內的實際應用都至關重要。這些相互作用涉及複雜的過程，包括吸收、電離、散射以及激發態的衰變（激發態衰變會發射電子或光子）。

1978年，名爲約瑟夫·諾德格倫（Joseph Nordgren）和漢斯·阿格倫（Hans Ågren）的年輕科學家在六氟化硫（SF6）裡發現了一個當時解釋不了的異常光譜特徵。他們是在烏普薩拉大學西格巴恩實驗室做出這個發現的，該實驗室由已故諾貝爾獎獲得者凱·西格巴恩（Kai Siegbahn）創立。儘管進行了進一步的研究，但這個光譜異常的性質仍然不清楚。

40多年後，諾德格倫現在是一位很有名的名譽教授，他重新研究了這個謎題，並提出了一個新的假設來解釋這一特性。爲了弄清楚六氟化硫（SF6）光譜隱藏的特性，這位科學家與來自歐洲和日本的一個國際團隊合作，藉助現代的X射線源。

利用先進的同步輻射技術，該研究對六氟化硫（SF6）深核空穴衰變過程中中性硫原子的形成有了深入的認識。在實驗中，六氟化硫（SF6）分子受到硬X射線的照射，這些射線激發了硫的最內層電子殼層，引發了一系列電子衰變，導致分子完全解離。

在諾德格倫（Nordgren）、法國國家科學研究中心（CNRS）的奧克薩娜·特拉夫尼科娃（Oksana Travnikova）和德國弗裡茨 - 哈伯研究所（FHI）的弗洛裡安·特林特（Florian Trinter）的實驗性的帶領下，該團隊記錄了中間態的軟X射線發射，由於硬X射線和軟X射線在材料中的穿透深度不同，這是一項具有挑戰性的工作。值得注意的是，儘管在級聯過程中有多個電子被射出，但解離導致形成了一箇中性但處於激發態的硫原子。

鑑於氟是元素週期表中電負性最強的元素，以強烈吸引電子密度的傾向而聞名，這種現象令人乍一看很驚訝。然而，研究表明，在這種情況下，氟原子反而在中間態期間抵消了硫原子中的電子密度損失。

在級聯的最後一步，系統發射出特定能量的軟X射線，這種軟X射線和分子碎片（例如與氟結合的硫）或者任何帶電的硫狀態都沒有關聯。先進的從頭算理論計算，對於解釋觀測到的軟X射線發射，以及理解SF6中硫的深內殼層電離時複雜的分子反應來說，是非常關鍵的。

這項研究表明，現代X射線技術在解開長期存在的科學謎題、增進我們對分子動力學的理解方面很有能力。