Rendgenski miraž i tajna nevidljivosti

Miraži u optičkom dijapazonu dobro su poznati kao lijepe i tajanstvene pojave koje nastaju u Zemljinoj atmosferi. Svima su poznate pojave fatamorgane (složeniji oblik miraža) u pustinji kada umorni putnik u daljini vidi na zemlji nešto nalik na vodenu površinu. Pa i na vrelom asfaltu ponekad se u daljini mogu vidjeti prividne bare koje su pravi primjer miraža.

Glavni uzrok pojave miraža je izražena nehomogenost zraka zbog različitog stupnja zagrijavanja njegovih slojeva. Prostiranje svjetlosnih zraka u takvoj sredini daleko je od pravocrtnog (vrlo su različiti kutovi prelamanja u različitim slojevima zraka) i uslijed toga promatrač umjesto udaljenog objekta (ili čak istovremeno s njim) vidi i prividni objekt koji je odraz pravog, ali ponešto pomaknut u odnosu na pravi.

Prvi put je to pošlo za rukom međunarodnoj skupini znanstvenika koju čine i suradnici Moskovskog državnog sveučilišta „M. V. Lomonosov“ (MGU). Izvještaj o tome je objavljen u lipnju u britanskom znanstvenom izdanju „Nature Communications“.

Znanstvenici su prvi put uspjeli uočiti miraž spektra u rendgenskom rasponu proučavajući svojstva rendgenskog lasera.

Široko su poznati optički laseri (na primjer, laserski pokazivači ili kao svjetlosni efekti u diskotekama). Međutim, do pojačavanja zračenja (a laser nije ništa drugo do kvantni generator, i sama riječ LASER je zapravo akronim od engleskog termina „light amplification by stimulated emission of radiation“ - pojačanje svjetlosti stimuliranim zračenjem) može doći ne samo u optičkom rasponu. Ideja rendgenskog lasera postoji već dugi niz godina. Prvi put je postavljena u 1973. na katedri za opću fiziku i valne procese Fakulteta za fiziku od strane tadašnjeg rektora Moskovskog državnog sveučilišta Rema Hohlova. A 1981. i Amerikanci su objavili da postoji mogućnost stvaranja rendgenskog lasera s nuklearnim pojačavanjem i na temelju toga su razvili svoj poznati obrambeni program „Strategic Defense Initiative“ (SDI), neformalnog imena „Star Wars“ („Ratovi zvijezda“).

Rendgenski laseri danas uvelike rade ne više u službi rata nego za potrebe znanosti, a tradicija čiji su temelji postavljeni prije 40 godina na Fakultetu za fiziku Moskovskog državnog sveučilišta i dalje živi i razvija se.

Ruski fizičari su, pronašavši miraž u rendgenskom opsegu, krenuli u potragu za fizičkim osnovama te pojave i na kraju su uspjeli ne samo utvrditi uvjete koji su nužni za nastanak miraža u rendgenskom laseru već i prvi put razviti teoriju o porijeklu te pojave.

„Postavili smo opću teoriju miraža i koliko znamo u optičkom rasponu ona ranije nije postojala - imali smo samo kvalitativno objašnjenje“, istaknuo je jedan od autora rada - docent na katedri za opću fiziku i valne procese Fakulteta za fiziku Moskovskog državnog sveučilišta Sergej Magnicki.

U radu s rendgenskim laserom, istraživači su primijetili smjenu svijetlih i tamnih prstenova. Ta pojava bila je vrlo neobična jer je kod lasera generator zračenja samo jedan. „Podrijetlo tih prstenova bilo je vrlo čudno i na prvi pogled potpuno neobjašnjivo“, kaže Magnicki. No, uskoro smo ipak uspjeli razumjeti tu pojavu i objasniti njenu prirodu, između ostalog i matematičkim putem.

Kako bi opisali uočeni fenomen, znanstvenici su uspjeli razviti univerzalni algoritam: izveli su jednadžbu kojom se matematičkim putem može obrazložiti ne samo rendgenski nego i svaki drugi miraž.

Za izračun rasprostiranja rendgenskih zraka u plazmi znanstvenici s MGU-a razvili su poseban pristup koji uzima u obzir njezine hidrodinamičke parametre. Dokazali da se u plazmi stvara drugi, prividni izvor zračenja koji je po fazi prirodno povezan s generatorom - drugim riječima koherentan je s njim. Uzajamno zračenje iz tih izvora dovodi do stvaranja interferencijske slike - odnosno miraža koji međutim ima novu odliku - koherentnost.

Prema riječima Sergeja Magnickog, rezultati tog rada bi se mogli dalje razvijati u dva vrlo zanimljiva i praktična smjera. Prije svega kao rendgenski hologrami, gdje bi slike objekata mogle imati vrlo visoku rezoluciju - oko 10 nanometara. „Na tome već vrlo ozbiljno radimo“, kaže on. A pored toga i za tzv. „Cloaking“ (od eng. „cloak“, plašt) - stvaranje posebnog optičkog sloja kojim bi se objekt učinio nevidljivim. „Ako govorimo o optici, postignut je izvjestan uspjeh“, ističe Magnicki i nastavlja: „Zamislite sada da je u optičkom rasponu sve spremno i da je postignuto da određeni predmeti budu nevidljivi. NO ako se koriste rendgenske zrake, tada oni postaju vidljivi.“

„Naši rezultati pružaju mogućnost da na neki način počnemo razmišljati o slojevima koji bi objekte učinili nevidljivim i za rendgenske zrake. Ali 'cloaking' u rendgenskom rasponu ipak ostaje dio vrlo daleke budućnosti“ , dodaje ovaj znanstvenik.