O hologramă tipică a unei mingi explozive de dimensiuni submicronice. Prin prelucrare, puteți obține atât distribuția de luminozitate, cât și imaginea de fază. Imagine din articolul în cauză
O nouă metodă de studiu a materiei - o holografie cu raze X pe o scară de zeci de nanometri cu o rezoluție de timp a unei fracțiuni picosecunde - a fost demonstrată în acțiune. În viitor, vizualizarea holografică a proceselor atomice este posibilă.
Obiectele fotografice reprezintă cel mai simplu mod de a captura informații despre forma obiectului studiat. Cu toate acestea, având în vedere o fotografie, o persoană vede numai punctele din fotografie, dar nu și elementele în sine. Calea spațială a razelor de la obiecte îndepărtate și de la fotografie cu imaginea lor este diferită.
Din punctul de vedere al fizicii, calea razelor în spațiu este determinată de distribuția fazei undei luminoase. Când fotografiați, se stochează numai informații despre luminozitatea luminii, iar distribuția fazelor se pierde. Acesta este motivul pentru care lumina diferă de fotografie destul de diferit față de modul în care a provenit inițial de la obiecte.
Distribuția fazelor poate fi capturată folosind holografia. În această metodă, ecran (.. de film fotografic, matricea de camere digitale, etc.) este iluminat simultan de două fascicule: un fascicul de referință directă și fasciculul de înregistrare care este reflectată de obiectul anterior. Suprapuse, aceste două fascicule interferează și pe ecran apar dungi ușoare și întunecate sau alte zone de formă complicată. Interferența este un fenomen de undă și, prin urmare, este sensibil la faza undei luminoase. Luminozitatea și localizarea acestor zone luminoase și întunecate codifică doar informațiile complete despre subiectul adus de fasciculul de înregistrare.
Acum, acest model de interferență pot fi înregistrate pe negativ, și apoi lumina-l „restaurarea“, o rază de lumină. După trecerea prin holograma, se va crea o distribuție de raze de lumină în spațiu, complet modele identice de raze de lumină, atunci când înregistrarea. Radiațiile luminoase vor merge exact ca și cum obiectele ar fi într-adevăr. Având în vedere această distribuție a luminii, o persoană va vedea o imagine reală tridimensională.
Toate acestea sunt bine elaborate pe discipline obișnuite, macroscopice. Este posibil să se obțină o hologramă de obiecte microscopice? o celula vii? singura moleculă?
Etape consecutive ale holografiei super-rapide și subminiature. Imagine din articolul în cauză
Poate că trăsătura cea mai izbitoare a acestei lucrări este ușurința instalării. Suficient pentru a găti o țintă stratificat specială, reglați laserul cu raze X (FLASH este instalarea centrului german de cercetare DESY) și camera digitală substitut, cu raze X, și apoi toate lucrările ia un impuls de raze X puternic și foarte scurt. El însuși inițiază explozia mingii și joacă rolul atât al referinței cât și al fasciculului de înregistrare în obținerea hologramei. Designul experimentului este atât de elegant încât merită să locuiți în mai multe detalii.
Inițial, experimentatorii au pregătit o țintă - un "puff". Acesta a constat într-o oglindă specială care reflectă raze X moi și un film subțire cu margele de polistiren aderente la ea. Filmul se afla ușor în fața oglinzii; Diferența dintre acestea ar putea fi schimbată de la 0,03 mm la 1,2 mm. Un puls foarte scurt și puternic al radiației X a căzut direct pe acest puf, și a apărut un lanț de fenomene interesante (a se vedea figura).
În cazul în care pulsul a atins filme polistiren șirag de mărgele absoarbe o parte a radiației, temperatura crește brusc, și este de câteva picosecunde izbucni. Cu toate acestea, din punct de vedere al pulsului cu raze X, această explozie durează mult timp. Impulsul în acest timp reușește să ajungă în oglindă, să se reflecte înapoi și să treacă din nou prin bilele explodante. Timpul pe care pulsul petrece pe această cale depinde de lățimea diferenței: este mai mare decât mai întârziată, și, prin urmare, în etapa ulterioară a impulsului de explozie „vezi“ mingea pe drumul de intoarcere.
Cu această tehnică, oglinda este necesară doar pentru o întârziere fixă între două timpi de transmisie. După prima trecere, apare un val de referință (bara albastră din figură), iar după al doilea, apare un val "subiect" (bară roșie). Aceste două valuri sunt suprapuse și interferează unul cu celălalt. Impulsul ajunge apoi la camera digitală și lasă o imagine a marginilor de interferență în ea. Se dovedește o hologramă reală a unei bile explozive la un anumit moment după începerea exploziei.
Care sunt perspectivele acestei tehnici? În primul rând, deja în această formă permite pentru a vedea o imagine tridimensională procese ultra la distanțele la scară submicronica datorate radiațiilor energetice. Dacă vom rula un proces rapid într-un alt mod, și impulsul de a părăsi numai rolul de „izbucnire de raze X“, puteți încerca să vedeți holografic, de exemplu, dinamica formării de fisuri în solide casante sau transformări de fază ultrarapide în undele de șoc.
În al doilea rând, nu există nicio limitare fundamentală pentru reducerea în continuare a dimensiunii obiectelor și a duratei proceselor. Experimentele descrise au fost realizate cu un laser la o lungime de undă de 32 nm, dar acum există lasere cu o lungime de undă de numai 2 nm, iar în viitor se poate baza și pe dimensiuni atomice. Pentru a reduce durata pulsului la mai multe femtosecunde (și aceasta este o perioadă caracteristică a oscilațiilor atomilor individuali) nu va fi nici o problemă. Toate acestea ne vor permite să vedem într-un mod holografic dinamica moleculelor individuale.
Trimiteți-le prietenilor: