Onderzoekers hebben kleine belletjes gecreëerd in water onder hoge druk via intens gerichte lasers. Onder deze voorwaarden, de bellen zetten met supersonische snelheid uit en duwen een schokgolf voort die bestaat uit een bolvormige schaal van sterk samengeperst water. Het onderzoeksteam onder leiding van de Universiteit van Göttingen, samen met de Deutsches Elektronen-Synchroton (DESY) en de European X-Ray Free-Electron Laser (European XFEL) een innovatieve techniek gebruikt met holografische flitsbeeldvorming en nanofocused röntgenlaserpulsen. Het onderzoek is gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Het team creëerde eerst kleine belletjes met een straal van een paar duizendsten van een millimeter door een infrarood laserpuls in water te focussen om cavitatie te creëren, een fenomeen waarbij kleine met damp gevulde holtes, d.w.z., bubbels, vormen in een vloeistof. De onderzoekers observeerden de uitdijende bel met gesynchroniseerde maar zorgvuldig gecontroleerde vertraagde röntgenpulsen.

"In tegenstelling tot zichtbaar licht, waar breking en verstrooiing het beeld vervagen, Röntgenbeeldvorming lost niet alleen de vorm op, maar ook het dichtheidsprofiel van het binnenste van zowel de bel als de schokgolf, " legt Malte Vassholz uit, doctoraat student aan de Universiteit van Göttingen en hoofdauteur van de publicatie. "Dit stelde ons in staat om röntgenhologrammen van de kleine bubbels te genereren en een grote gegevensstroom met duizenden gebeurtenissen vast te leggen, die we vervolgens analyseerden met een speciaal ontwikkeld 'decoderingsalgoritme' om de dichtheid van het gas in de bel en de schokgolf eromheen te verkrijgen." Dankzij de goed gecontroleerde tijdsvertraging tussen de seeding-laserpuls die het effect creëerde en de X- straalpuls die het heeft gemeten, het team kon dan een film van het proces opnemen.

De resultaten van zijn experiment dagen het huidige wetenschappelijke begrip al uit en zullen andere wetenschappers helpen betere modellen te ontwikkelen. Professor Tim Salditt, Hoogleraar röntgenfysica aan de Universiteit van Göttingen, verklaart, "Hoewel water de belangrijkste vloeistof op aarde is, er is nog veel te leren over deze mysterieuze en ongrijpbare substantie. Dankzij de unieke eigenschappen van de röntgenlaserstraling die wordt gegenereerd op de Europese XFEL, en onze nieuwe single-shot holografiemethode, we kunnen nu observeren wat er werkelijk gebeurt in damp en vloeibaar water onder extreme omstandigheden."

Deze onderzoekstechniek geeft inzichten voor processen die relevant zijn in andere toepassingen:"Cavitatie kan een ongewenst effect zijn in vloeistoffen in bijvoorbeeld pompen of propellers, maar het kan worden gebruikt voor gebruik bij laserverwerking van materialen of om chemische reacties te wijzigen, " legt Dr. Robert Mettin uit, jarenlang expert op het gebied van cavitatieonderzoek aan de Faculteit Natuurkunde, Universiteit van Göttingen.

"Bij laserchirurgie schokgolven en samengeperste gassen in kleine belletjes worden opzettelijk in weefsel gecreëerd, door laserpulsen, " voegt Salditt toe. "In de toekomst, dergelijke processen kunnen tot in detail worden 'gefilmd', met behulp van de door ons ontwikkelde methodiek, op microscopisch niveau en met een hoge temporele resolutie."