Уникалният детектор, който променя правилата на играта
Ето нещо наистина вълнуващо от света на науката.
Учени от BESSY II в Германия вече работят с нов рентгенов детектор, който е цели 1000 пъти по-чувствителен от досегашните. Да, прочете правилно — хиляда пъти. Не е печатна грешка.
Представи си го така: ако имаш слушалка, която чува шепот, и изведнъж се появи такава, хиляда пъти по-добра — изведнъж ще чуеш неща, за които дори не си подозирал, че съществуват. Тук става въпрос за същото, но с фотони вместо звук.
Как работи?
Уредът се нарича TES спектрометър — от Transition Edge Sensor. И принципът му е наистина впечатляващ.
Вътре има 248 миниатюрни сензора. Когато рентгенови лъчи ударят дадена проба, тя отделя фотони. Тези фотони удрят сензорите. Ето къде идва хитрината: сензорите се поддържат при температура от едва 25 миликелвина, което е около -273 градуса по Целзий. Това е по-студено от космоса. За охлаждането се използва дилуционен хладилник — същата технология, която захранва квантовите компютри.
При такава температура сензорите стават свръхпроводници. Когато фотон ги удари, това предизвика минимално повишаване на температурата, което нарушава свръхпроводимостта и променя електрическото съпротивление. Учените измерват тази промяна с невероятна точност чрез SQUID вериги.
Представи си 248 ултрапрецизни термометъра, които усещат топлината на един единствен фотон. Спокойно можеш да го наречеш магия.
Какво могат да правят учените сега?
Тук нещата стават наистина интересни.
Досега техники като XES и RIXS изискваха огромно количество фотони. Това означаваше, че можеш да изследваш само концентрирани проби или масивни материали. Ако искаш да анализираш тъньк слой — например една атомна плоскост — късмет.
Но сега? Всичко се промени.
Учените вече могат да изследват:
- Материали с дебелина един атом
- Наноструктури
- Силно разрелени проби, които досега не даваха достатъчно сигнал
- Квантови свойства на материалите
- Молекулярна химия и биология
Нещо, което наистина ме впечатли: експерименти, които преди отнемаха часове, сега се правят за минути. Това не е просто подобрение — отварят се цели категории изследвания, които досега бяха непрактични.
Клубът на избраните
Ето една любопитна подробност: преди тази инсталация по света имаше само пет TES спектрометъра. Четири в САЩ, един в Япония. Само толкова.
Сега BESSY II е дом на единствения TES спектрометър в цяла Европа. Това го прави много специален и привлекателен за изследователи от целия континент.
Системата е инсталирана на сканиращата линия UE52-SGM с пълен контрол върху поляризацията. Предвидени са и бъдещи подобрения — разширени възможности за подготовка на проби и възможност за изследвания в магнитни полета.
Защо трябва да ни пука на обикновените хора?
Знам какво си мислиш — звучи много "лаборатория и епруветки", но какво от това?
Ето защо: разбирането на материалите на квантово ниво е начинът да създаваме по-добри батерии, нови лекарства, по-ефективни соларни панели и по-бързи компютри. Когато можем да изследваме материали, твърде тъньки или твърде разрелени за досегашните методи, откриваме нови възможности за технологии, които ще засегнат всички ни.
Освен това има нещо красиво в човешката изобретателност — фактът, че можем да охладим нещо до температури по-студени от космоса и да използваме квантова физика, за да засечем отделен фотон. Това е нещото, което прави науката да изглежда като магия, само че е истинска.
Екипът вече приема проучвания от учени, които искат да използват този невероятен уред. Искрено чакам с нетърпение да видя какви открития ще излязат от него.
Източник: ScienceDaily — New superconducting X-ray detector is up to 1,000 times more sensitive