Derfor er denne detektoren en stor sak
Noe skikkelig spennende har skjedd i vitenskapens verden, og jeg tror det er verdt å la seg begeistre over.
Forskere ved BESSY II – et synkrotronanlegg i Tyskland – har tatt i bruk en ny røntgendetektor som er opptil 1 000 ganger mer følsom enn det vi hadde før. La meg gjenta det. Tusen ganger. Ikke en skrivefeil.
Tenk på hva det betyr. Hvis du hadde et skikkelig godt høreapparat som kunne plukke opp hviskinger, og så laget noen et som var tusen ganger bedre – plutselig kunne du høre ting som var helt usynlige før. Det er i prinsippet det som skjer her, bare at vi snakker om å oppdage fotoner fra røntgenstråler i stedet for lyd.
Hvordan fungerer det?
Detektoren kalles en TES-spektrometer – kort for Transition Edge Sensor. Og måten den fungerer på er virkelig fascinerende.
Inni denne tingen finner vi 248 mikroskopiske sensorer. Når røntgenstråler treffer et prøvemateriale og materialet sender ut fotoner, treffer disse fotonene sensorene. Her kommer det smarte: sensorene holdes ved bare 25 milli-Kelvin, som er omtrent -273 grader celsius. Det er kaldere enn verdensrommet. De kjøles ned ved hjelp av en fortynningskjøler – samme type teknologi som brukes i kvantedatamaskiner.
Ved så lav temperatur blir sensorene superledende. Når en foton treffer én av dem, forårsaker det en minimal temperaturstigning som forstyrrer den superledende tilstanden og endrer sensorens elektriske motstand. Forskerne kan måle denne endringen med utrolig presisjon ved hjelp av såkalt SQUID-krets.
Det er som å ha 248 ultranøyaktige termometre som kan kjenne varmen fra én eneste foton som treffer dem. Hvor kult er ikke det?
Hva kan forskerne faktisk bruke dette til?
Her blir det virkelig interessant.
Tradisjonelt krevde røntgenspektroskopi-teknikker som XES og RIXS enorme mengder fotoner for å virke. Det betydde at forskerne bare kunne studere konsentrerte prøver eller bulk-materialer. Hvis du hadde en veldig tynn prøve – som ett atomlag av et materiale – var det så godt som umulig å få nyttige data.
Men nå? Da har alt endret seg.
Forskere kan nå studere:
- Atomtynne materialer (tenk enkelte lag med atomer)
- Nanostrukturer
- Sterkt uttynnede prøver som før ikke ga nok signal
- Kvanteegenskaper ved materialer
- Molekylær kjemi og biologi
Noe som virkelig slo meg, er at eksperimenter som før tok timer nå kan gjøres unna på minutter. Det er ikke bare en hyggelig forbedring – det åpner for helt nye kategorier av eksperimenter som rett og slett ikke var praktiske før.
Den eksklusive klubben får nytt medlem
Her er en morsom fakta: før denne installasjonen var det bare fem TES-spektrometre i drift ved røntgenfasiliteter over hele verden. Fire i USA, én i Japan. Det var alt.
BESSY II er nå hjem til det eneste TES-spektrometeret ved et synkrotronanlegg i hele Europa. Det gjør det ganske spesielt og potensielt svært attraktivt for forskere over hele kontinentet.
Systemet er installert ved strålerøret UE52-SGM, som gir full polarisasjonskontroll. Framtidige oppgraderinger vil inkludere bedre prøveforberedelse og muligheten til å studere materialer i magnetfelt.
Hvorfor bør vanlige folk bry seg?
Jeg vet hva du tenker – dette høres veldig "laboratorium og begerglass" ut, men hvorfor skal jeg bry meg?
Her er hvorfor: å forstå materialer på kvantenivå er slik vi bygger bedre batterier, utvikler nye medisiner, lager mer effektive solceller og designer raskere datamaskiner. Når vi kan studere materialer som før var for tynne eller for uttynnede til å analysere, låser vi opp nye muligheter for teknologi som kan påvirke alle våre liv.
I tillegg er det noe fantastisk ved menneskelig oppfinnsomhet – at vi kan kjøle ned noe til temperaturer kaldere enn verdensrommet og bruke kvantefysikk til å oppdage enkelte fotoner som treffer en sensor. Det er den typen ting som får vitenskapen til å føles som magi, bortsett fra at det er ekte.
Forskerteamet tar nå imot forskningsforslag fra vitenskapsfolk som vil bruke dette ekstraordinære instrumentet. Jeg gleder meg virkelig til å se hvilke oppdagelser som kommer ut av det.
Kilde: ScienceDaily — New superconducting X-ray detector is up to 1,000 times more sensitive