Kaksoisraon koe paljastaa uusia syvyyksiä

Valon taittuminen johtuu valon ja aineen atomien välisestä vuorovaikutuksesta. Myös "röntgenvalo" "taittuu" mutta vaikutusta on ollut vaikea mitata.

Göttingenin ja Hampurin yliopistojen tutkijat ovat yhdessä kumppaneidensa kanssa rakentaneet tietämyksensä mukaan maailman pienimmän röntgeninterferometrin.

Sen avulla he ovat ensimmäistä kertaa pystyneet mittaamaan tarkasti muutaman nanometrin kokoisten röntgensäteiden taittumista ja päättelemään, miten ne vuorovaikuttavat atomiytimien kanssa.

Uusi röntgeninterferometri perustuu kuuluisaan kaksoisraon kokeeseen, jonka Nobel-palkittu Richard Feynman sanoi "sisältävän kvanttimekaniikan ytimen".

"Röntgeninterferometrimme on luultavasti maailman pienin interferometri: Sen kaksi rakoa ovat vain 50 nanometrin päässä toisistaan", sanoo tutkimuksen johtava kirjoittaja, tohtori Leon M. Lohse, joka suoritti tutkimuksen Hampurin yliopistossa ja työskentelee nykyään tutkijana Göttingenin yliopistossa.

Tutkijat sijoittivat rauta-isotoopin 57Fe atomeja toiseen kahdesta raosta. ”Kiehtovaa on, että suoritimme kokeemme pääasiassa käyttämällä yksittäisiä röntgenfotoneja”, Lohse selittää. Jokainen näistä ”valohiukkasista” kulkee molempien rakojen läpi samanaikaisesti. Toisessa raossa fotoni on vuorovaikutuksessa rauta-isotoopin atomin ytimien kanssa. Siten se tuottaa rakojen taakse ominaisia kuvioita, jotka paljastavat, kuinka paljon valo taittuu.

Valon taittumisen voimakkuudesta tutkijat pystyivät tekemään johtopäätöksiä röntgenfotonien ja rauta-atomien välisestä vuorovaikutuksesta.

Röntgeninterferometrien rakentaminen on haastavaa. Niiden on oltava poikkeuksellisen tarkkoja, koska "röntgenvalon aallot" taittuvat vain hieman ja ne ovat erittäin lyhyitä – noin tuhat kertaa lyhyempiä kuin näkyvän valon aallot ja jopa lyhyempiä kuin tyypillinen etäisyys atomien välillä aineessa.

Samalla niiden taittuminen on erittäin tärkeää. Sitä käytetään esimerkiksi röntgenvaihekontrastikuvantamisessa biologisten näytteiden yksityiskohtaisten 3D-kuvien luomiseen niitä vahingoittamatta.

Se tarjoaa myös tietoa aineen sisältämistä atomeista ja niiden järjestyksestä – yksityiskohtia, joita tutkijoiden on ollut tähän asti vaikea saada.

”Kokeemme avaa lukuisia tutkimusmahdollisuuksia”, selittää Göttingenin yliopiston professori Tim Salditt. ”Se osoittaa, kuinka valon taittuminen tarjoaa tietoa, jota ei saada tavallisesti mitatusta valon vaimenemisesta – erityisesti atomien resonanssien yhteydessä.”

Se luo myös pohjan eri alkuaineiden taitekertoimen mittaamiselle röntgensäteilyä varten systemaattisesti ja tarkasti.

Tutkimusryhmän mukaan tulevaisuutta voisivat olla myös ”integroidut optiset piirit” röntgensäteitä varten.

Aiheesta aiemmin:

Lyhyin koskaan luotu valopulssi

Tehokkaita röntgensäteitä ja ultraviolettivaloa

Tarkempaa röntgenresoluutiota