Эксперименты, выполненные в Центре синхротронного излучения Висконсинского университета в Мэдисоне (США), показали, что двойная фотоионизация молекул имеет жёсткую размерную зависимость.

Двойной фотоионизацией называют эффект одновременного выбивания двух электронов одним фотоном. Этот процесс хорошо изучен на примере атомов: скажем, около пятнадцати лет назад американские учёные опубликовали данные точных измерений сечения такой фотоионизации для гелия, полностью соответствовавшие расчётам.

Рис. 1. Фотоионизация антрацена (иллюстрация авторов работы).

Намереваясь исследовать более сложный случай молекул, авторы новой работы провели опыты с несколькими структурно схожими аценами, которые представляют собой линейную комбинацию бензольных колец. Самой длинной из изученных молекул стал пентацен, объединяющий пять колец общей длиной в 14 Å, а наименее крупной — обычный бензол. Роль образцов «средней» длины сыграли нафталин и антрацен.

На ацены направлялось излучение с энергией, максимальное значение которой на 30 эВ превышало порог двойной фотоионизации. К удивлению физиков, зарегистрированная при этом относительная вероятность испускания двух электронов (отношение сечения двойной фотоионизации к полному сечению фотоионизации) обнаружила необычайно чёткую линейную зависимость от длины молекулы. Кроме того,

энергетическая зависимость отношения сечений практически идеально повторяла результаты упомянутых выше экспериментов с гелием.

Следовательно, крупные молекулы могут превращаться в достаточно сильные источники низкоэнергетичных электронов, которые в свою очередь способствуют радиационному поражению биомолекул. Полученные данные также свидетельствуют о том, что области рождения двух электронов при двойной фотоионизации могут находиться на большом расстоянии друг от друга.

Рис. 2. Энергетическая зависимость отношений сечения двойной фотоионизации к полному сечению фотоионизации, нормированных на величину, которая отражает длину той или иной молекулы. Данные по бензолу отмечены красным, по нафталину — фиолетовым, по антрацену — зелёным, по пентацену — синим. Серым показана кривая для гелия. (Иллюстрация авторов работы).

Полная версия отчёта опубликована в журнале Physical Review Letters.