Door een laser met een hoog vermogen sterk te focusseren, hebben natuurkundigen in de VS het felste licht op aarde gemaakt. Het is een miljard keer zo helder als het oppervlak van de zon. Het licht levert nieuwe inzichten op, maar het is ook een goede bron voor nuttige röntgenstraling, die afbeeldingen met ongekend detail kan leveren.
Fysici van het Extreme Light Laboratory van de University of Nebraska-Lincoln (Verenigde Staten) wilden weten wat er zou gebeuren als je een hoog-vermogen-laser zou richten op een elektron. Om dit te onderzoeken, richtten ze hun Diocles Laser met een ingewikkelde proefopstelling (zie foto boven) op een zwik elektronen.
Wanneer je materie normaal gesproken beschijnt met licht (een stroom fotonen) weerkaatst het van het oppervlak. Gelukkig maar, want zo nemen we dingen waar. Bij dit proces komt er steeds maar één foton in botsing met één elektron.
Duizend fotonen
Met hun experimenten lieten de onderzoekers in Nebraska (in samenwerking met collega's van de Shanghai Jiao Tong University in China) echter bijna duizend fotonen tegelijk met een enkel elektron botsen. Onder deze extreme omstandigheden blijkt het gedrag van zowel fotonen als het elektron heel anders te worden dan onder ‘normale’ omstandigheden.
Normaal gesproken hangen de energie van fotonen na de botsing en de hoek van weerkaatsing niet af van de intensiteit van het licht. Dat zou ook vreemd zijn, want dan zou een voorwerp onder fel daglicht er anders uitzien dan in de schemering. Maar de Amerikanen zagen in hun experimenten met extreem fel laserlicht dat – boven een bepaalde drempel – de helderheid van het licht rare dingen deed met de hoek en de golflengte ( die samenhangt met de energie van de fotonen) van het licht.
De onderzoekers hebben ook een theorie over dit vreemde gedrag. Ze denken dat het foton niet op en neer beweegt, zoals normaal gesproken het geval is, maar dat het onder invloed van het fotonengeweld een achtvormige baan gaat beschrijven (zie afbeelding rechts).
Röntgenstraling
Misschien nog wel belangrijker is een ander effect, dat ook blijkt op te treden. Net als altijd komt er bij de botsing van het invallende foton op het elektron een nieuw foton vrij. Nu er echter honderden fotonen tegelijk bij één elektron aankomen, neemt dat vrijkomende foton de energie over van al die fotonen uit het laserlicht. Zo krijgt het foton een extreem hoge energie en de bijbehorende golflengte van röntgenstraling.
het afbeelden van het binnenste van een USB-stick.
Hier wordt dit experiment interessant voor mogelijke toepassingen, want deze röntgenstraling heeft een hoge energie in een smalle golflengteband, die ook nog eens in een extreem korte (enkele attoseconden; 10-18 s) puls vrijkomt. De onderzoekers denken dat deze straling kan dienen om driedimensionale röntgenbeelden te maken met veel detail (op de nanoschaal), terwijl er maar een kleine dosis van nodig is.
Meer details
Met deze bijzondere röntgenstraling zijn wellicht medische scans te maken met details die de huidige röntgenscans niet laten zien. Maar het zal nog zeker jaren duren voor het zover is, want voor de huidige experimenten was een zeer complexe proefopstelling nodig.
Beeldmateriaal University of Nebraska-Lincoln
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.