Pierwszy stołowy laser X-ray

Pierwszy stołowy laser X-ray

Fizyka doświadczalna nie jest dla każdego, jeden mały błąd wystarczy, by eksperyment zakończył się niepowodzeniem. Jednakże dla fizyka laserowego- Tenio Popmintcheva z University of Colorado Boulder, to nie problem. Może prowadzić, bez przerwy, badania przez 72 h, spędzać lata na majstrowaniu przy laserach wysokiej mocy i zabierać je do Wiednia w celu odtworzenia tam badania. To właśnie dzięki swojemu perfekcjonizmowi robi karierę.

Tenio Popmintchev
Mając dopiero 29 lat odegrał kluczową rolę w stworzeniu pierwszego, stołowego lasera rentgenowskiego. Dzięki krótkim promieniom, bardzo szczegółowo można zbadać naturę materii, od ruchów elektronów i atomów w obrębie DNA do zwijania białek. To stosunkowo tania, uniwersalna metoda.

Jego miłość do fizyki zaczęła się wcześnie, już podczas czasów szkolnych. Początkowo chciał studiować matematykę, ale nauczyciel fizyki powiedział mu, że to fizycy są najlepszymi matematykami. Przez to Tenio zdecydował się na wzięcie udziału w ogólnokrajowej olimpiadzie fizycznej. W 9 klasie dostał wyróżnienie, natomiast w 11 zdobył brązowy medal.

Na studiach zaczął swoją przygodę z laserami wraz z tym samym nauczycielem. Pracowali nad laserami podczerwonymi dla chirurgii plastycznej. Dzięki swojemu mentorowi- Henryemu Kapteynowi oraz współpracownicy i zarazem żonie- Margaret Murnane, na doktorat przeniósł się do jednego z najlepszych na świecie laboratoriów do badań ultraszybkich laserów z siedzibą w Boulder.
Grupa Kapteyna i Murnane wykorzystuje lasery wysyłające impulsy rzędu attosekund lub miliardowych części miliardowej części sekundy. Oznacza to, że naukowcy mogą obserwować wzajemne interakcje atomów, cząsteczek. W przeciwieństwie do światła podczerwonego i ultrafioletowego, promienie rentgenowskie przenikają przedmioty, ujawniając strukturę wewnętrzną, tak jak stomatologiczne zdjęcia rentgenowskie uwidaczniające ubytki. Jednakże do wytworzenia odpowiednich promieni rentgenowskich, z wystarczającą mocą, mogą być wymagane ogromne maszyny. Kosztują miliardy dolarów, przyspieszają elektrony do wysokich prędkości.

Dlatego Popmintchev chciał znaleźć sposób, by lasery rentgenowskie były bardziej dostępne. Odniósł się do metody zwanej High harmonic generation (HHG). Została ona opracowana w 1987 roku, kiedy naukowcy zauważyli, że w pewnych warunkach ich lasery wydajniej generują krótsze długości fal świetlnych. Wykorzystywano to głównie w laserach ultrafioletowych. Jednak Popmintchev i współpracownicy stwierdzili, że lasery podczerwone mogą wytwarzać impulsy rentgenowskie, jeśli wysyła się promieniowanie przez sprzężony gaz.

Tenio zbudował cylinder, który mógłby zmieścić się w dłoni. Zawiera on hel o ciśnieniu 50 atmosfer. Kiedy światło lasera trafia na gaz pod wysokim ciśnieniem, to wyciąga elektrony z helu. Każdy elektron przyspiesza i wraca do naładowanego atomu helu. Kiedy o niego uderza, wytwarza się dodatkowa energia pozyskiwana z przyspieszenia- wysokoenergetyczne promieniowanie X. Zwiększając ciśnienie gazu i natężenie lasera, można wyprodukować koherentną wiązkę, którą można precyzyjnie sterować.
Obecnie jego zespół, tworzy także jego młodszy brat- Dimitar. Również szkolił się pod okiem tego samego nauczyciela fizyki, następnie na uniwersytecie w Sofii.

Teraz bracia pracują nad poprawą wydajności, mocy laserów. Jednakże Tenio opuszcza Boulder, by pracować na University of California, w San Diego i we Wiedniu. Chce sprawić aby stołowy laser rentgenowski był dostępny w wielu laboratoriach, jako narzędzie w badaniach np. z zakresu nanotechnologii czy biologii.

(AB)