Tämä tunnistin on iso juttu — ja here's why
Tiedemaailmassa tapahtui juuri jotain, josta minun täytyy kertoa.
Berliiniläisessä BESSY II -synkrotronilaitoksessa on otettu käyttöön uusi röntgentunnistin. Se on jopa tuhat kertaa herkempi kuin aikaisemmat vastaavat. Tuhat kertaa. Ei virhettä.
Mitä se tarkoittaa käytännössä? Ajattele vaikka niin, että sinulla on hyvä kuulolaite. Sitten joku keksii sellaisen, joka on tuhat kertaa parempi. Yhtäkkiä kuulet asioita, joita et tiennyt olevankaan olemassa. Tässä on kyse samasta, mutta fotonien havaitsemisesta.
Miten se toimii?
Laitteen nimi on TES-spektrometri. Lyhenne tulee sanoista Transition Edge Sensor eli siirtymäreunasensori.
Nykytoteutus on 248 pientä sensoria. Kun röntgensäteily osuu näytteeseen, näyte vapauttaa fotoneja. Nämä fotonit osuvat sensoreihin.
Juttu on siinä, että sensorit pidetään 25 millikelvinin lämpötilassa. Se on noin -273 celsiusastetta. Kylmempää kuin avaruudessa. Jäähdytys hoituu laimentimella, samalla tekniikalla jota käytetään kvanttitietokoneissa.
Äärimmäinen kylmyys tekee sensoreista suprajohtavia. Kun fotoni osuu sensoriin, se aiheuttaa pienen lämpötilan nousun. Tämä muuttaa sähkönvastusta. Muutos mitataan SQUID-piireillä.
Käytännössä siis 248 erittäin tarkkaa lämpömittaria, jotka havaitsevat yksittäisen fotonin osumisen. Mahtavaa, eikö?
Mitä tällä voi tehdä?
Tässä kohtaa alkaa tapahtua oikeasti jännittäviä asioita.
Perinteisesti röntgenspektroskopia vaati valtavia määriä fotoneja. Tutkijat pystyivät analysoimaan vain tiivistettyjä näytteitä tai paksuja materiaaleja. Yhden atomikerroksen paksuinen näyte? Unohda.
Nyt tilanne muuttuu täysin.
Tutkijat voivat nyt:
- Tutkia atomien paksuisia materiaaleja
- Analysoida nanorakenteita
- Käsitellä laimentuneita näytteitä, joista ei aiemmin saatu signaalia
- Tutkia materiaalien kvanttiominaisuuksia
- Soveltaa molekyylikemiaan ja biologian
Yksi asia hämmästyttää erityisesti: kokeet, jotka ennen kestivät tunteja, hoituvat nyt minuuteissa. Tämä ei ole vain mukava parannus. Se avaa kokonaisia uusia tutkimusmahdollisuuksia, jotka eivät yksinkertaisesti olleet mahdollisia aiemmin.
Eurooppa saa oman version
Hauska yksityiskohta: ennen BESSY II:n laitetta maailmassa oli vain viisi TES-spektrometriä. Neljä Yhdysvalloissa, yksi Japanissa. Siinä kaikki.
Nyt BESSY II isännöi Euroopan ainoaa synkrotronilaitteeseen asennettua TES-spektrometriä. Se tekee siitä erityisen houkuttelevan eurooppalaisille tutkijoille.
Järjestelmä toimii UE52-SGM-sädejohtimessa, joka tarjoaa täyden polarisaation hallinnan. Tulevaisuudessa laajennuksia ovat kehittynyt näytteenvalmistus ja kyky tutkia materiaaleja magneettikentissä.
Miksi tavallisten ihmisten pitäisi välittää?
Tiedän mitä ajattelet. Kuulostaa kaukana arkielämästä.
Mutta kannattaa ajatella näin: materiaalien ymmärtäminen kvanttitasolla on avain parempiin akkuihin, uusiin lääkkeisiin, tehokkaampiin aurinkokennoihin ja nopeampiin tietokoneisiin. Kun voimme tutkia materiaaleja, jotka olivat aiemmin liian ohuita tai laimentuneita, avaamme ovia teknologioihin, jotka vaikuttavat meidän kaikkien elämään.
Ja sitten on se asia, joka tekee tieteestä magic-filosofiaa: kylmennämme jotain kylmemmäksi kuin avaruus ja käytämme kvanttifysiikkaa yksittäisten fotonien havaitsemiseen. Se on tavallaan taikuutta, paitsi että se on totta.
Tutkimusryhmä ottaa nyt vastaan tutkimusehdotuksia tiedemiehiltä ympäri maailmaa. Odotan innolla, mitä tällä laitteella saadaan selville.