Derfor er denne detektor genial
Lad mig fortælle dig om noget, der lige er sket i forskningsverdenen — og jeg tror ærligt, du vil synes, det er ret vildt.
Forskere på BESSY II, en synkrotronfacilitet i Tyskland, har taget en ny røntgendetektor i brug. Den er op til 1.000 gange mere følsom end den teknologi, vi havde før. Tusind gange. Jeg gentager: tusind.
Tænk over det. Hvis du havde et høreapparat, der kunne opfange hvisken, og så blev der pludselig lavet et, der var tusind gange bedre — ja, så ville du pludselig kunne høre ting, du overhovedet ikke kunne registrere før. Det er basically det, der sker her. Bare med fotoner fra røntgenstråler i stedet for lyd.
Hvordan virker det?
Detektoren kaldes en TES-spektrometer — kort for Transition Edge Sensor. Og metoden er virkelig smart.
Inde i apparatet sidder 248 små sensorer. Når røntgenstråler rammer en prøve, og prøven udsender fotoner, rammer de de her sensorer. Her kommer det smarte: sensorerne holdes på bare 25 milli-Kelvin, altså omkring -273 grader celsius. Det er koldere end det ydre rum. De køles ned med en såkaldt dilutionskøler — samme slags teknologi som bruges i kvantecomputere.
Ved den temperatur bliver sensorerne superledende. Når en foton rammer én af dem, skaber det en lille temperaturstigning, som forstyrrer den superledende tilstand og ændrer sensorens elektriske modstand. Forskerne kan måle den ændring med ekstrem præcision via SQUID-kredsløb.
Tænk på det som 248 ultranøjagtige termometre, der kan registrere varmen fra én enkelt foton, der lander på dem. Ret cool, ik?
Hvad kan forskerne bruge det til?
Og her bliver det for alvor spændende.
Traditionelt krævede røntgenspektroskopi-teknikker som XES og RIXS kæmpe mængder fotoner for at virke. Det betød, at forskerne kun kunne studere koncentrerede prøver eller bulk-materialer. Hvis du havde en tynd prøve — som et enkelt atomlag af et materiale — ja, så var du godt nok stuck.
Men nu? Nu er alt ændret.
Forskere kan nu undersøge:
- Atomtynde materialer (tænk enkelte lag af atomer)
- Nanostrukturer
- Stærkt fortyndede prøver, der før ikke gav nok signal
- Materialers kvanteegenskaber
- Molekylær kemi og biologi
Én ting der virkelig slog mig: eksperimenter, der før tog timer, kan nu klares på minutter. Det er ikke bare en pæn forbedring — det åbner helt nye kategorier af eksperimenter, som simpelthen ikke var praktiske før.
Den eksklusive club får nyt medlem
Vidste du, at der før denne installation kun var fem TES-spektrometre på røntgenfaciliteter over hele verden? Fire i USA, én i Japan. Sådan.
BESSY II har nu det eneste TES-spektrometer på en synkrotronfacilitet i hele Europa. Det gør den ret speciel og potentielt meget attraktiv for forskere på tværs af kontinentet.
Systemet er installeret ved UE52-SGM-strållinjen, som giver fuld polarisationskontrol. Fremtidige opgraderinger inkluderer bedre prøveforberedelsesmuligheder og evnen til at undersøge materialer i magnetfelter.
Hvorfor skal almindelige mennesker bryde sig om det?
Jeg ved godt, hvad du tænker — det her lyder meget "laboratorieagtigt," men hvorfor skal jeg interessere mig for det?
Svaret er: at forstå materialer på kvanteniveau er vejen til bedre batterier, nye lægemidler, mere effektive solceller og hurtigere computere. Når vi kan undersøge materialer, der før var for tynde eller for fortyndede til at analysere, åbner vi op for nye teknologiske muligheder, der kan påvirke os alle.
Og så er der altså noget helt vidunderligt ved menneskelig opfindsomhed — at vi kan køle noget ned til temperaturer koldere end rummet og bruge kvantefysik til at registrere enkelte fotoner, der rammer en sensor. Det er den slags, der får videnskab til at føles som magi. Bortset fra at det er ægte.
Teamet tager nu imod forskningsforslag fra videnskabsfolk, der vil bruge det her fantastiske instrument. Jeg glæder mig virkelig til at se, hvilke opdagelser der kommer ud af det.
Kilde: ScienceDaily — New superconducting X-ray detector is up to 1,000 times more sensitive