Varför den här detektorn är en stor grej
Okej, här kommer något riktigt häftigt från forskarvärlden som jag tror du kommer att tycka är värt att葆 hu.
Forskare vid BESSY II, en synkrotronanläggning i Tyskland, har börjat använda en helt ny röntgendetektor som är upp till 1 000 gånger känsligare än det vi hade förut. Låt mig säga det en gång till — tusen gånger. Inget skrivfel.
Tänk på vad det betyder. Om du hade ett riktigt bra hörapparat som kunde fånga viskningar, och sedan skapade någon en som var tusen gånger bättre — plötsligt skulle du kunna höra saker som var helt osynliga förut. Det är i princip vad som händer här, men istället för ljud pratar vi om att detektera fotoner från röntgenstrålning.
Hur funkar det?
Detektorn kallas en TES-spektrometer — förkortning för Transition Edge Sensor, alltså övergångskantssensor. Och sättet den fungerar på är genuint fascinerande.
Inuti den finns 248 pyttesmå sensorer. När röntgenstrålar träffar ett prov och provet avger fotoner, slår dessa fotoner mot sensorerna. Här kommer det smarta: sensorerna hålls vid bara 25 milli-Kelvin, alltså omkring -273 grader Celsius. Det är kallare än rymden. De kyls på det här sättet med en spädningskylare, samma teknik som används inom kvantdatorer.
Vid den temperaturen blir sensorerna supraledande. När en foton träffar en sensor orsakar den en minimal temperaturökning, vilket stör det supraledande tillståndet och ändrar sensorernas elektriska motstånd. Forskarna kan mäta den förändringen med otrolig precision med så kallad SQUID-kretsteknik.
Det är i princip som att ha 248 ultaprecisa termometrar som kan känna av värmen från en ensam foton som landar på dem. Hur coolt är inte det?
Vad kan forskarna faktiskt göra med det?
Här blir det riktigt intressant.
Traditionellt krävde röntgenspektroskopitekniker som XES och RIXS enorma mängder fotoner för att fungera. Det betydde att forskarna bara kunde studera koncentrerade prover eller bulk-material. Om du hade ett väldigt tunt prov — som ett enskilt atomlager av något material — var det kört att få användbar data.
Men nu? Då har spelplanen förändrats helt.
Forskare kan nu studera:
- Atomärt tunna material (tänk enskilda lager av atomer)
- Nanostrukturer
- Kraftigt utspädda prover som tidigare inte skulle ge tillräcklig signal
- Kvantegenskaper hos material
- Molekylär kemi och biologi
En sak som verkligen slog mig är att experiment som förut tog timmar nu kan slutföras på minuter. Det är inte bara en trevlig förbättring — det öppnar helt nya kategorier av experiment som helt enkelt inte var praktiska förut.
Den exklusiva klubben får ett nytt medlem
Här är ett kul faktum: innan den här installationen fanns det bara fem TES-spektrometrar på röntgenanläggningar över hela världen. Fyra i USA, en i Japan. Bara det.
BESSY II är nu hem för den enda TES-spektrometern vid en synkrotronanläggning i hela Europa. Det gör den ganska speciell och potentiellt väldigt attraktiv för forskare över hela kontinenten.
Systemet är installerat vid strållinjen UE52-SGM, som erbjuder full polarisationskontroll. Framtida uppgraderingar kommer att inkludera förbättrade provförberedelsemöjligheter och möjligheten att studera material i magnetfält.
Varför borde vanliga människor bry sig?
Jag vet vad du tänker — det här låter väldigt "labbrock och bägare," men varför ska jag bry mig?
Här är varför: att förstå material på kvantnivå är så vi bygger bättre batterier, utvecklar nya mediciner, skapar effektivare solceller och konstruerar snabbare datorer. När vi kan studera material som tidigare var för tunna eller för utspädda för att analysera, låser vi upp nya möjligheter för teknologi som kan påverka allas våra liv.
Dessutom finns det något underbart med mänsklig uppfinningsrikedom — att vi kan kyla något till temperaturer kallare än rymden och använda kvantfysik för att detektera enskilda fotoner som träffar en sensor. Det är den sortens grejer som får vetenskapen att kännas som magi, förutom att den är verklig.
Teamet tar nu emot forskningsförslag från vetenskapsmän som vill använda det här anmärkningsvärda instrumentet. Jag längtar genuint efter att se vilka upptäckter som kommer ur det.
Källa: ScienceDaily — New superconducting X-ray detector is up to 1,000 times more sensitive