Proč je tenhle detektor tak zásadní

Věda zase jednou ukázala, že umí překvapit. A tentokrát pořádně.

Vědci v německém výzkumném centru BESSY II nasadili nový rentgenový detektor, který je až tisíckrát citlivější než cokoliv, co tu bylo předtím.Tisíckrát. Opravdu. Neplete se mi nula.

Co si pod tím představit? Představte si, že máte perfektní naslouchátko, které zachytí i šeptání. A pak někdo vyrobí takové, které je tisíckrát lepší. Najednou uslyšíte věci, které byly předtím naprosto neslyšitelné. Přesně tohle se teď děje — akorát místo zvuku jde o detekci jednotlivých fotonů z rentgenového záření.

Jak to vlastně funguje?

Detektor nese označení TES spektrometr neboli Transition Edge Sensor. A jeho princip je to skutečně fascinující.

Uvnitř má 248 miniaturních senzorů. Když rentgenové záření dopadne na vzorek a ten začne vyzařovat fotony, tyto fotony dopadají na senzory. Tady přichází ta chytrá část: senzory jsou udržovány při teplotě pouhých 25 milikelvinů, tedy zhruba -273 °C. To je chladnější než otevřený vesmír. Tak nízká teplota se dosahuje pomocí tzv. ředícího chladiče — stejné technologie, jakou používá kvantové počítačnictví.

Při této teplotě se senzory dostanou do supravodivého stavu. Když na ně dopadne foton, způsobí nepatrné zvýšení teploty, které naruší supravodivost a změní elektrický odpor senzoru. Vědci tuto změnu dokáží změřit s neuvěřitelnou přesností pomocí obvodů zvaných SQUID.

Jednoduše řečeno: máte 248 ultra-přesných teploměrů, které rozeznají teplo jediného fotonu dopadajícího na jejich povrch. Není tohle skvělé?

Co s tím vědci můžou dělat?

Tady začíná ta opravdu zajímavá část.

Dříve byly rentgenové spektroskopické metody jako XES a RIXS závislé na obrovském množství fotonů. V praxi to znamenalo, že vědci mohli studovat jen koncentrované vzorky nebo objemové materiály. Měli jste tenký vzorek — třeba jedinou atomovou vrstvu nějaké látky? Pak jste měli problém.

Dnes? Všechno je jinak.

Teď lze zkoumat:

• Atomárně tenké materiály (třeba jednotlivé vrstvy atomů)
• Nanostruktury
• Vysoce zředěné vzorky, které dřív nedávaly dost signálu
• Kvantové vlastnosti materiálů
• Molekulární chemii a biologii

Jedna věc mě opravdu zaujala: experimenty, které dřív zabraly hodiny, teď trvají minuty. To není jen příjemné zlepšení — otevírá to úplně nové kategorie experimentů, které prostě nebyly prakticky možné.

Klub má nového člena

Tady je zajímavost: než se tenhle detektor nainstaloval, fungovalo na celém světě pouhých pět TES spektrometrů. Čtyři ve Spojených státech, jeden v Japonsku. A to bylo vše.

BESSY II teď jako jediné místo v celé Evropě hostí TES spektrometr na synchrotronovém zařízení. To z něj dělá něco opravdu výjimečného — a potenciálně velmi atraktivního pro výzkumníky napříč kontinentem.

Systém je umístěn na experimentální lince UE52-SGM, která nabízí plnou kontrolu polarizace. Plánované vylepšení zahrnují lepší možnosti přípravy vzorků a schopnost zkoumat materiály v magnetických polích.

Proč by to mělo zajímat i běžné lidi?

Chápu, co si říkáte — zní to hodně jako „laboratoř a zkumavky", ale proč bych měl/a dbát?

Tady je odpověď: pochopení materiálů na kvantové úrovni je základem pro lepší baterie, nové léky, účinnější solární panely a rychlejší počítače. Když dokážeme zkoumat materiály, které byly dřív příliš tenké nebo příliš zředěné na analýzu, otevíráme dveře novým technologiím, které mohou ovlivnit životy nás všech.

A pak je tu ještě něco krásného na lidské vynalézavosti — fakt, že dokážeme něco ochladit pod teplotu vesmíru a využít kvantovou fyziku k detekci jednotlivých fotonů dopadajících na senzor. To je ten druh věcí, kvůli kterým věda připomíná kouzelnictví — akorát je to skutečné.

Tým teď přijímá výzkumné návrhy od vědců, kteří chtějí tento pozoruhodný přístroj využít. Já osobně se nemůžu dočkat, jaké objevy z něj vzejdou.

Zdroj: ScienceDaily — New superconducting X-ray detector is up to 1,000 times more sensitive