НаукаГеорги Караманев / 15 август 2012

Новите очи на науката

Повече от 100 г. след откриването на рентгеновите лъчи Теньо Попминчев направи революционно изобретение - настолен рентгенов лазер

Само за една седмица името му се появи в медии по цял свят – от Русия до Южна Америка, от САЩ до Азия; от световния научен стожер Science до гледаната от стотици милиони CNN. Името му е Теньо Попминчев и е начело на екип, създал революционно изобретение – рентгенов лазер. Благодарение на работата му установка, която преди е била голяма колкото футболно игрище, сега се събира на една маса. И още: създадената от него технология за първи път може да заснеме най-бързите процеси извън сърцето на атома; да направи рентгеновите снимки на практика безвредни; да създаде компютри, многократно по-бързи от днешните. 


Нека се върнем назад във времето. През последните години на ХIX век Вилхелм Рентген пръв регистрира лъчите, които получават неговото име. Те са с честота от 30 до 30 000x1015 херца - много по-висока от тази на видимата светлина. Първата медицинска снимка на ръката на жена му Ана я кара да възкликне: „Видях смъртта си". Впоследствие тези лъчи откриват пред медицината и науката цял нов свят за изследвания и това му носи първата Нобелова награда за физика.

60 г. по-късно се появява лазерът - тънък, добре насочен сноп лъчи с постоянна дължина на вълната и голяма яркост. Да, изобретението е впечатляващо, медиите го отразяват с интерес, а по телевизорите ентусиазирано се показват демонстрации как с негова помощ могат да се белят картофи или да се пукат балони на разстояние с голяма точност. Тоест ясно е, че става дума за нещо полезно, но няма как веднага да се преценят реалните му възможности и приложения. Трябва да минат още няколко декади, преди да застане в основата на много от днешните иновации – от хард дисковете през интернет до свръхпрецизните очни операции...

Триизмерна проекция на първата експериментално регистрирана рентгенова светлина, преминала през два миниатюрни паралелни процепа. Поредицата от минимуми и максимуми е следствие от пълния синхрон между различните фотони - доказателство, че е регистрирано идеално лазерно лъчение.

Почти по същото време започват и опитите да се обединят двете начала – да се създадат устройства, които могат на базата на лазера да произведат рентгеново лъчение. Само година след първия лазер учен на име Франкен показва как може да се преобразуват различните цветове – ако два фотона от един и същи цвят се комбинират в кристал, може да се сътвори фотон с нов цвят или дължина на вълната – първият успех е с превръщането на червения рубинов лазерен лъч в ултравиолетов. Следващият по-сериозен пробив е през 1987 г., когато в САЩ комбинират 11 до 15 фотона в един сноп лъчи, за да сътворят фотон в екстремалния ултравиолет – абсолютно неочаквано ефективността на процеса не намалява, за разлика от опитите с по-малко фотони.
Естествено – посоката е да се върви към все по-високи честоти и повече фотони. Тук обаче учените се оказват в задънена улица.

БОМБА В РЕНТГЕНА

Най-сериозните имена пишат, че за създаването на рентгенов лазер е нужна огромна енергия, която само атомна бомба може да отдели, за да се възбуди атомът и по този начин да излъчи нужните високочестотни лъчи. И наистина – по време на студената война и двете суперсили правят подобни експерименти. Тъй като става дума предимно за военни проекти обаче, резултатите са засекретени и днес.

Въпреки всичко в началото на 90-те години учените правят нов сериозен пробив и успяват да създадат рентгенови лазери. Заемат площ дори по-голяма от футболен стадион – последните поколения са от по 7-8 километра в диаметър. Строежът им  надминава 10 милиарда долара, а 1 милион се изразходва ежедневно за експлоатация... Те не работят на принципа на лазера, а може да се каже, че комбинират ускорени електрони, които излъчват светлина. Първоначалните съоръжения имат лъчение със свойства на рентгенова лампа, а не на лазер, която излъчва светлина във всички посоки. Установки с почти лазерни параметри вече работят в Германия, САЩ, Франция, Япония.
Въпреки очевидните трудности те не страдат от липса на работа – на тях се правят експерименти, планирани за години напред, тъй като рентгеновите лазери имат приложение в какви ли не направления на науката, индустрията, фармацията... А държавите се стремят да избират само най-перспективните изследвания. 


В института JILA към Университета в Колорадо в Боулдър Теньо Попминчев работи с проф. Хенри Кептейн и съпругата му проф. Маргарет Мърнейн. Двамата са създатели на първия лазер в екстремално ултравиолетовата част от спектъра.

Ето че след дългото въведение, стигаме и до същината на нещата. В началото на юни световните медии – научни и популярни, отделиха подобаващо внимание на новината, че екип от Колорадо е създал портативен рентгенов лазер. А начело е учен на име Теньо Попминчев!

10 МИЛИОНА ЦИГУЛКИ

Принципът на Франкен, по който фотоните могат да се комбинират и респективно лазерната светлина да става по-високочестотна, работи ефективно само при сравнително малък брой фотони. Тоест, за да направим рентгенов лазер, трябва на започнем от ултравиолетов. Много от учените доскоро приемаха това за даденост, но не и българинът. Той решава да тръгне срещу догмите в своята област и това му носи впечатляващите резултати. Не се предоверява на авторитетите и досегашните проучвания, според които механизмът не може да се осъществи, ако се започне с лазерни фотони от средата на  инфрачервената област.

Решава да провери сам дали наистина е така и след серия от експерименти успява да създаде установката – рентгенов лазер с размери колкото една маса. Ученият и колегите му вече имат и първите потвърждения, че силното лъчение е неотличимо от идеален лазер, въпреки че не се основава на същия принцип, който би изисквал енергията на атомна бомба. Тоест  дори е нещо повече от рентгенов лазер... 

Да опитаме да обясним изобретението на езика на музиката: нека си представим цигулка. Ако скъсим наполовина дължината на една от нейните струни, тя ще започне да издава два пъти по-висок звук. Или на езика на физиката – честотата на трептене ще е два пъти по-висока. С изобретението си Попминчев успява да скъси струната, която в случая е светлина, цели 5000 пъти – комбинира 5000 фотона! При това го прави едновременно, образно казано, с цели 10 милиона цигулки! И най-важното – всички „свирещи" в синхрон! Толкова едновременно изпратени рентгенови фотони се улавят при снимка.


Всичко за Теньо Попминчев и неговото революционно изобретение - четете само в Августовския брой на Списание 8.
Учени предлагат линия между Луната и Земята Наука

Учени предлагат линия между Луната и Земята

Те смятат, че е възможно космическият асансьор да се построи с днешните технологии

Хора и плъхове играха на криеница Наука

Хора и плъхове играха на криеница

Гризачите квичели по време на търсене и били тихи в ролята си на „криещи се".

Странни мехури излъчват сигнали от центъра на Млечния път Наука

Странни мехури излъчват сигнали от центъра на Млечния път

Черната дупка Стрелец А* изригва, след като се е нагълтъла със звезден прах

Гъсеници, които ядат пластмаса, могат да спасят планетата Наука

Гъсеници, които ядат пластмаса, могат да спасят планетата

100 ларви са в състояние да изконсумират една найлонова торба за месец

Нова имунотерапия спасява алергичните към фъстъци Наука

Нова имунотерапия спасява алергичните към фъстъци

Хранителната алергия е най-честата причина за анафилаксия

Кой са най-често срещаните халюцинации? Наука

Кой са най-често срещаните халюцинации?

Понякога те може да са причинени от незначителни или временни травми

Равни, ама друг път Наука

Равни, ама друг път

Астрономическите явления от 8 септември до 7 октомври

Женените с по-малък риск от деменция Наука

Женените с по-малък риск от деменция

Учени не знаят причината, но са категорични: двойките са по-малко застрашени от самотниците

Европа се нагрява по-бързо от очакваното Наука

Европа се нагрява по-бързо от очакваното

Броят на летните дни с екстремни горещини се е утроил след 1950 г.

Мигрирали насекоми се размножават без мъжки екземпляри Наука

Мигрирали насекоми се размножават без мъжки екземпляри

От еволюционна гледна точка женските спестяват време и енергия, като се размножават сами

Вече 550 млн. години тези същества оцеляват при екстремни условия Наука

Вече 550 млн. години тези същества оцеляват при екстремни условия

Бавноходките са една от нерешените загадки в науката

Зловещата болест, която превръща хората в статуи Наука

Зловещата болест, която превръща хората в статуи

Летаргичният енцефалит покосява половин милион души през миналия век

Опасно ли е лененото семе за здравето? Наука

Опасно ли е лененото семе за здравето?

EFSA излезе с доклад, че уж здравословната храна ни трови с цианид

Човек със свинско сърце ще е факт до 3 г. Наука

Човек със свинско сърце ще е факт до 3 г.

Първата трансплантация на бъбрек от прасе ще се случи до края на тази година

Най-дълбокото езеро в света е под заплаха от екологична катастрофа Наука

Най-дълбокото езеро в света е под заплаха от екологична катастрофа

Замърсяването от отпадъчните химикали „би било наистина катастрофално“ за Байкал

Учени: има връзка между високата кръвна захар и рака Наука

Учени: има връзка между високата кръвна захар и рака

При мишки нисковъглехидратната диета забавя разрастването на тумора