نجوم وفضا

فیزیکدانان دانشگاه «لودویگ ماکسی‌میلیان» آلمان با همراهی محققان مؤسسه لائو لانگوین فرانسه موفق به ساخت عدسی‌هایی برای نورهای پرتو پر انرژی گاما شدند. عدسی‌ها بخشی از زندگی روزمره را تشکیل داده و از تمرکز بر حروف ریز تا نور ستارگان و ریزترین جزئیات ریزموجودات را می‌توان با آنها انجام داد؛ اما ساخت عدسی برای نور بسیار پر انرژی پرتو گاما به نظر ناممکن می‌رسید. اکنون فیزیکدانان با تولید این لنز بر این باورند که حوزه جدیدی از نورهای پرتو گاما را برای تصویربرداری پزشکی، شناسایی مواد اتمی غیرقانونی و خلاصی از ضایعات هسته‌ای معرفی کرده‌اند. شیشه یکی از مواد انتخابی برای لنزهای رایج بوده و مانند دیگر مواد، از اتمهایی برخوردار است که الکترونها در اطراف آنها می چرخند. در یک ماده مات، این الکترونها به جذب یا بازتاب نور می پردازند. اما در شیشه، الکترونها به نور ورودی با لرزاندن و بیرون راندن نور در جهت‌های مختلف پاسخ می‌دهند.

فیزیکدانان این میزان خم شدگی را به عنوان «ضریب شکست» شیشه توصیف می‌کنند. ضریب شکست شیشه، مقیاسی است برای نشان دادن آنکه سرعت نور در آن محیط چه مقدار نسبت به خلأ کاهش می‌یابد.

شکست با نور مرئی که بخش کوچکی از طیف الکترومغناطیس بوده، به خوبی کار می‌کند، چرا که امواج نوری از یک فرکانس برخوردار بوده، با نوسان‌های الکترونهای در حال گردش بخوبی هماهنگ است؛ اما برای تابش انرژی الکترومغناطیس بالاتر مانند مادون قرمز و ماورای آن، این فرکانسها برای واکنش الکترونها بسیار بالاتر بوده و عدسی‌ها از تاثیرگذاری کمتری برخوردار می‌شوند.

فیزیکدانان تنها در اواخر قرن پیش بود که دریافتند می‌توانند با انباشته کردن لایه‌های زیاد ماده الگودار،عدسی‌هایی برای پرتوهای ایکس ایجاد کنند. چنین عدسی‌هایی منجر به باز شدن حوزه نورهای پرتو ایکس با طول موجهای کوتاه شد که اجازه تصویربرداری در وضوح مقیاس نانو را می‌دهد.

پیش از این تصور می‌شد که پرتوهای گاما از پرتوهای ایکس نیز پرانرژی‌تر بوده و باید الکترونها را با یکدیگر عبور دهد و مواد نباید آنها را به هیچ وجه خم کند و ضریب شکست برای پرتوهای گاما باید تقریبا با یک برابر باشد.

دانشمندان با استفاده از پرتوهای شدید نوترون تولید شده در موسسه لائو لانگوین به بمباران دستگاهی موسوم به طیف‌سنج بلوری پرداختند که پرتوهای گاما را در یک جهت مشخص هدایت می‌کرد. آنها سپس نیمی از این پرتوها را از درون یک منشور سیلیکونی و به داخل یک طیف‌‌سنج دیگر برای اندازه‌گیری جهت نهایی آنها عبور دادند. این محققان سپس نیمی دیگر از آنها به شکل نیمه مستقیم بدون مانع به یک طیف‌سنج ارسال کردند.

در نهایت شگفتگی این محققان که نتایج آنها در مجله Physical Review Letters منتشر شده، پرتوهای گاما با انرژی بیش از 700 کیلوالکتروولت با منشور سیلیکونی تا حدی خم شدند.

به نظر دانشمندان احتمالا این امر در اثر ساکن شدن الکترونها در هسته مرکز اتمهای سیلیکون ایجاد شده باشد. اگرچه الکترون به دلیل وجود میدانهای بسیار قوی الکتریکی بطور معمول در هسته اتم سکونت نمی‌کنند، مکانیک کوانتومی به جفتهای مجازی الکترون و ضد الکترون یا پوزیترون اجازه می‌دهد تا بسیار سریع ظاهر شده و پس از ترکیب مجدد دوباره ناپدید شوند. به عقیده دانشمندان، تعداد زیاد این جفتهای الکترون و پوزیترون مجازی باعث تقویت انتشار پرتو گاما شده که معمولا بسیار ناچیز بوده و قابل شناسایی نیست.

خم شدگی حاصل از آزمایشات این محققان بسیار کم و در حدود یک میلیونیوم درجه است. با این حال این میزان با استفاده از عدسی‌هایی ساخته شده از موادی با هسته‌های بزرگتر مانند طلا که از جفتهای مجازی الکترون و پوزیترون بیشتری برخوردارند، قابل افزایش است.

با کمی اصلاح، پرتوهای گاما را می‌توان برای تمرکز پرتوهای یک انرژی خاص استفاده کرد. از این پرتوهای متمرکز می‌توان برای شناسایی مواد سازنده بمبهای رادیواکتیو یا پیگیرنده‌های رادیواکتیو مورد استفاده در تصویربرداری پزشکی استفاده کرد. دلیل این کار آن است که پرتوها تنها از رادیوایزوتوپهای خاص منتشر شده و بدون مانع از کنار دیگران عبور می‌کند. همچنین می‌توان از آنها برای تبدیل ضایعات مضر اتمی به گونه‌های جانبی بدون ضرر آنها استفاده کرد.