歐洲XFEL是一個國際研究機構，從漢堡的DESY站點延伸到與石勒蘇益格-荷爾斯泰因州相鄰的Schenefeld鎮(zhèn)，擁有世界上最強大的X射線激光。它每秒可產生27000次強烈的X射線閃光。在他們的實驗中，研究人員使用了120次連續(xù)閃光。單次閃光的間隔不到百萬分之一秒（精確到0.886微秒）。科學家將這些脈沖序列發(fā)送到一個充滿水的石英玻璃細管中，觀察水的反應。

DESY的Felix Lehmkuhler說:“我們在問自己：水在x射線激光中可以加熱多久？它能承受多強的能量？它是否仍然像水一樣？比如，它在高溫下還能作為冷卻劑使用嗎？” 對過熱水的詳細了解對于熱敏感性樣品的研究來說也是至關重要的，比如聚合物或生物樣品。

“借助x射線閃光，我們能夠在萬分之一秒內將水加熱到172℃同時不使其蒸發(fā)，”Lehmkuhler說道。這種沸騰延遲通常只能在大約110℃的溫度下觀察到。“但這并不是唯一的異常特征，”這位物理學家強調說?？茖W家們研究了漂浮在水中的硅納米球的運動，以此作為樣品動力學的標記?！霸跇O度過熱的水中，我們觀察到二氧化硅納米球的運動明顯偏離了預期的隨機布朗分子運動。這表明樣品加熱不均勻。”Lehmkuhler說?，F(xiàn)有的理論模型還不能完全解釋這種行為，因為它們不是為這些極端條件下的水而設計的。

由于采用了歐洲XFEL的快速閃光序列，研究人員能夠非常詳細地觀察這一過程。“歐洲XFEL的獨特之處在于它的高重復頻率，也就是每秒的高脈沖數(shù)，”歐洲XFEL SPB/SFX儀器的負責人Adrian Mancuso解釋說，“為了讓這些實驗成為可能，我們已經準備好了所有的儀器，比如快速照相機、診斷儀器等等?！崩纾蒁ESY領導的聯(lián)盟開發(fā)的自適應增益積分像素檢測器(AGIPD)可以在僅220億分之一秒(納秒)的間隔內拍攝大約350幅連續(xù)圖像。

這種裝置不僅能產生過熱的水，而且還能使科學家們用稍低強度的x射線閃光進行精確控制的一系列實驗。Lehmkuhler表示:“使用硅過濾器，我們可以微調脈沖能量，這樣我們就能夠精確控制水加熱的程度。例如，我們能夠確定x射線閃光的強度，使得水樣的溫度大概保持恒定?！?/span>

這使研究人員能夠更好地計劃在x射線激光下對熱敏性樣品進行的實驗。另一方面，如果知道熱效應的確切過程，也可以有針對性地使用熱效應。該小組還計劃在分子水科學中心(CMWS)的框架內進一步研究這些效應，該中心目前正在DESY建立。

DESY的首席研究員，也是CMWS協(xié)調員之一的Gerhard Grubel總結道：“我們的結果不僅提供了一個動態(tài)異常的令人詫異的觀察結果，而且繪制了水如何在x射線激光中被加熱的詳細圖片。此外，這個研究證明，歐洲XFEL出現(xiàn)這樣的連續(xù)圖像是有可能的，并且在每個脈沖序列中其閃光都非常均勻?！?/span>