Линзы являются частью повседневной жизни — они помогают нам сосредоточить слова на странице, свету от звезд и самых крошечных деталях микроорганизмов. Но делая линзу для очень энергичного света известной, поскольку о гамма-лучах думали невозможные.
Теперь, физики создали такую линзу, и они полагают, что она откроет новую область оптики гамма-луча для медицинского отображения, обнаруживая незаконный ядерный материал, и избавляясь от ядерных отходов.Стекло является предпочтительным материалом для стандартных линз, и как другие материалы, это содержит атомы, вокруг которых вращаются электроны. В непрозрачном материале эти электроны абсорбировали бы или отразили бы свет.
Но в стекле, электроны отвечают на приточный свет путем сотрясения о, отодвижения света в различном направлении. Физики описывают сумму изгиба как «показатель преломления» стекла: показатель преломления, равный, каждый не приводит ни к какому изгибу, в то время как что-либо более или менее приводит к изгибу так или иначе.Преломление работает хорошо с видимым светом, небольшой частью электромагнитного спектра, потому что световые волны имеют частоту что перезвоны хорошо с колебаниями орбитальных электронов. Но для более высокого энергетического электромагнитного излучения — ультрафиолетовый и вне — частоты слишком высоки для электронов для ответа, и линзы становятся все меньше и меньше эффективными.
Только к концу прошлого века физики нашли, что они могли создать линзы для рентгеновских лучей, части электромагнитного спектра только вне ультрафиолетового, путем укладки вместе многочисленных слоев шаблонного материала. Такие линзы открыли область оптики рентгеновских лучей который, с короткими длинами волны рентгеновских лучей, позволенными отображение в наноразмерной резолюции.Там история должна была закончиться.
В теории говорится, что гамма-лучи, будучи еще более энергичными, чем рентгеновские лучи, должны обойти орбитальные электроны в целом; материалы не должны сгибать их вообще, и показатель преломления для гамма-лучей должен быть почти равен одному. Все же это не то, что обнаружила бригада физиков во главе с Дитрихом Хабсом в Мюнхенском университете Людвига-Максимилиана в Германии и Майкле Дженчеле в Инштитуте Лауэ-Лангевине (ILL) в Гренобле, Франция.ИЛЛИНОЙС является реактором исследования, производящим интенсивные лучи нейтронов. Habs, Jentschel и коллеги использовали один из своих лучей для бомбардирования образцов радиоактивного хлора и гадолиния для производства гамма-лучей.
Они направили их вниз труба 20 метров длиной к устройству, известному как кристаллический спектрометр, направивший гамма-лучи в определенное направление. Они тогда передали половину гамма-лучей через кремниевую призму и в другой спектрометр для измерения их заключительного направления, в то время как они направили другую половину прямо к беспрепятственному спектрометру.
К удивлению исследователей, как они сообщают в газете, должной быть изданной в этом месяце в Physical Review Letters, гамма-лучи с энергией выше 700 kiloelectronvolts немного согнуты кремниевой призмой.«Все было неправильно предсказано», объясняет Хэбс. «Но мы сказали, [преломление] выглядит настолько чудесным для рентгеновских лучей, почему мы не взглянули, существует ли что-то? И внезапно мы нашли, что существует полностью неожиданный результат».
Таким образом, что ведет этот новый результат изгиба? Несмотря на то, что он не может быть уверен, Хэбс полагает, что это проживает в ядрах в основе кремниевых атомов. Несмотря на то, что электроны обычно не проживают в ядрах из-за очень сильных электрических полей там, квантовая механика позволяет парам «виртуальных» электронов и позитронов или позитронов, чтобы мигнуть кратко в существование и затем повторно объединиться и исчезнуть снова.
Хэбс думает, что чистое число этих виртуальных пар электронного позитрона усиливает рассеивание гамма-луча, которое обычно незначительно к обнаружимой сумме.Изгиб в эксперименте его группы не очень — приблизительно одна миллионная градуса, соответствующего показателю преломления приблизительно 1,000000001.
Однако это могло быть повышено с помощью линз, сделанных из материалов с большими ядрами, такими как золото, которое должно содержать больше виртуальных пар электронного позитрона. С некоторой обработкой линзы гамма-луча могли быть сделаны сосредоточить лучи удельной энергии.Такие сосредоточенные лучи могли обнаружить радиоактивный материал для изготовления бомбы или радиоактивные индикаторы, используемые в медицинском отображении.
Поэтому лучи только рассеялись бы от определенных радиоактивных изотопов и потока прошлые беспрепятственные другие. Лучи могли даже сделать новые изотопы в целом путем «испарения» от протонов или нейтронов от существующих образцов.
Тот процесс мог превратить вредные ядерные отходы в безопасный, нерадиоактивный побочный продукт.«Замечательно видеть, что оптика рентгеновских лучей трансгрессий сделала … за прошлые 20 лет, мог бы теперь даже перемещаться в [гамма-луч] диапазон», говорит Герхард Матерлик, руководитель Алмазного Источника света, средства рентгеновских лучей в Didcot, Великобритания, «Я надеюсь, что предсказания, сделанные авторами о возможной оптике гамма-луча, могут быть осознаны для превращения их в реальные оптические компоненты».