Noile lentile acromatice pentru razele X revoluționează lumea microscopică. Ce spun cercetătorii?

Cercetătorii de la Institutul Paul Scherrer au creat lentile acromatice pentru razele X. Acestea permit fasciculelor de raze X să fie îndreptate spre un singur punct precis, chiar dacă au lungimi de undă diferite. 

Conform studiului publicat în jurnalul Nature Communications, noile lentile vor permite o studiere mult mai ușoară a nano-structurilor cu ajutorul razelor X.

• Telescopul Gemini a făcut o descoperire neașteptată despre stelele binare gigantice
• André-Marie Ampère, unul dintre fondatorii științei electromagnetismului clasic

Lentilele acromatice sunt esențiale pentru producerea de imagini clare în fotografie și pentru microscoapele optice. Acestea asigură faptul că diferitele culori – lumini cu lungimi diferite de undă – au un punct de focalizare comun. Până în prezent însă, lentilele acromatice nu erau disponibile pentru domeniul razelor X, așa că microscopia cu raze X de înaltă rezoluție era posibilă doar cu lentile monocromatice.

În practică, acest lucru înseamnă că toate celelalte lungimi de undă trebuiesc filtrate din spectrul fasciculului de raze X și păstrată doar o cantitate mică de lumină care să fie mai apoi folosită, rezultând astfel un proces oarecum ineficient de capturare a imaginii.

Mult mai complex decât se vede

Faptul că a durat până acum dezvoltarea lentilelor acromatice pentru raze X poate părea surprinzător: pentru lumina vizibilă, lentilele acromatice au existat de mai bine de 200 de ani. Acestea sunt cel mai adesea compuse din două materiale diferite, indică indică EurekAlert.

Lumina penetrează primul material și îl descompune în lumini spectrale. Trece mai apoi printr-un al doilea material pentru a inversa acest efect. În fizică, procesul separării lungimilor diferite de undă poartă denumirea de dispersie.

„Principiul de bază care se aplică în spectrul vizibil nu se aplică să în cel al razelor X”, precizează fizicianul Christian David, șef al grupului de cercetare X-Ray Optics and Applications din cadrul Laboratorului Institutului Paul Scherrer pentru raze X, Neuroștiință și Tehnologie.

„Pentru razele X, nu există nici o pereche de materiale la care să difere proprietățile optice suficient de mult, aplicabile la o multitudine de lungimi de undă, pentru un material pentru a contrabalansa efectul celuilalt. Cu alte cuvinte, dispersia materialelor în spectrul razelor X este mult prea asemănătoare”.

Două principii mai degrabă decât două materiale

Așa că, mai bine decât să căutăm răspunsul în combinația dintre două materiale, cercetători au adus împreuna două principii optice diferite. „Trucul a constat în realizarea faptului că putem poziționa o a doua lentilă de refracție în fața lentilei de difracție”, spune Adam Kubec, autorul principal al studiului.

Nou dezvoltatele lentile permite trecerea în comercializare pentru microscopia cu raze X, cu aplicații în mai multe domenii, precum industria. „Sursele de sincrotron generează raze X de o atât de mare intensitate încât este posibil să se filtreze totul, mai puțin o singură lungime de undă, totul în timp ce se poate păstra suficientă lumină pentru a genera o imagine”, mai explică Kubec.

O tehnică este cel mai adesea folosită pentru a examina mostre necunoscute

Pentru a caracteriza lentilele acromatice, cercetătorii s-au folosit de un tub de raze X. Una dintre metodele aplicate este o tehnică microscopică cu raze X, numită „ptychography”. „Această tehnică este cel mai adesea folosită pentru a examina mostre necunoscute”, spune unul dintre autorii studiului, Marie-Christine Zdora.

„Pe de altă parte noi ne-am folosit de această tehnică pentru a caracteriza fasciculele de raze X și prin urmare lentilele noastre acromatice”. Acest lucru a permis cercetătorilor să detecteze cu precizie locația punctului focal al razelor X la lungimi de undă diferite.

Au testat noua lentilă folosind o metodă unde mostra este mutată din centrul de focalizare a razei X. Când lungimea de undă a fasciculului de raze X este schimbată, imaginea creată cu lentilele obișnuite devine încețoșată. Nu este însă cazul atunci când sunt folosite acromatice.

Vă mai recomandăm și:

Jupiter emite raze X foarte puternice. De ce nu au mai putut fi văzute până acum?

Astronomii indieni au detectat o emisie de raze X provenind dintr-un sistem binar

Sursa razelor cosmice din galaxia Calea Lactee a fost în sfârșit înțeleasă de astronomi

Ziua în care a venit pe lume omul care a revoluţionat fizica. 139 de ani mai târziu murea marele astrofizician Stephen Hawking