Le PF japonais lance des expériences quantiques à faisceaux multiples, réalisant la mesure synchrone des rayons X durs et des rayons X mous

L'installation de rayonnement synchrotron « Photon Factory » de l'Institut des sciences de la structure de la matière de l'Organisation de recherche sur les accélérateurs à haute énergie du Japon a récemment lancé des expériences d'utilisation conjointe sur les lignes de lumière multifonctionnelles BL-11A et BL-11B en cours de développement, réalisant l'irradiation synchrone d'un même échantillon par des rayons X durs et des rayons X mous au même endroit. Les résultats de la recherche seront publiés dans la revue académique internationale *Review of Scientific Instruments*.

La Photon Factory utilise des électrons se déplaçant à une vitesse proche de celle de la lumière pour produire des rayons X de haute luminosité, c'est-à-dire le rayonnement synchrotron, afin d'étudier la structure et les propriétés des matériaux. Parmi ceux-ci, les rayons X durs sont plus adaptés à l'observation de la structure interne des matériaux, tandis que les rayons X mous conviennent à l'analyse de la surface des matériaux et de l'état électronique. Auparavant, dans les installations de rayonnement synchrotron, ces deux types de rayons X devaient généralement être utilisés séparément, ce qui rendait difficile la réalisation de mesures conjointes sur un échantillon au même moment et au même endroit.

Les nouvelles lignes de lumière BL-11A et BL-11B récemment construites peuvent extraire respectivement les rayons X durs et les rayons X mous d'une même source lumineuse, et réaliser l'utilisation synchrone des deux faisceaux à la station expérimentale. Cette technologie rend possibles les « mesures sonde-sonde » et les « mesures pompe-sonde » : la première permet d'observer simultanément différentes informations d'un échantillon avec deux types de rayons X, tandis que la seconde permet d'induire des changements dans l'échantillon avec un type de rayons X, puis de suivre le processus de changement avec l'autre type.

Lors de la première expérience à double faisceau, l'équipe de recherche a réalisé une observation in situ de la réaction d'électrolyse de l'eau, capturant les changements d'état du catalyseur au cours des cycles de réaction, ce qui a validé l'importance de la détection synchrone pour l'étude des réactions dynamiques. L'équipe a également utilisé un composé organique spécial en forme de cage moléculaire comme objet d'étude, induisant sa réaction de décomposition par rayons X durs et suivant le déroulement de la réaction par rayons X mous, démontrant ainsi l'efficacité de la méthode de mesure pompe-sonde.

L'équipe de recherche a indiqué que BL-11A et BL-11B serviront de plateforme expérimentale pour la recherche sur l'utilisation à double faisceau de rayons X dans les installations de rayonnement synchrotron, favorisant la validation et l'amélioration de la technologie d'utilisation des faisceaux quantiques multiples. À l'avenir, cette méthode pourrait être appliquée à des domaines de recherche tels que les réactions catalytiques, les matériaux de batterie, et les effets des rayonnements sur les matériaux et les molécules biologiques.