Новите очи на науката

Само за една седмица името му се появи в медии по цял свят – от Русия до Южна Америка, от САЩ до Азия; от световния научен стожер Science до гледаната от стотици милиони CNN. Името му е Теньо Попминчев и е начело на екип, създал революционно изобретение – рентгенов лазер. Благодарение на работата му установка, която преди е била голяма колкото футболно игрище, сега се събира на една маса. И още: създадената от него технология за първи път може да заснеме най-бързите процеси извън сърцето на атома; да направи рентгеновите снимки на практика безвредни; да създаде компютри, многократно по-бързи от днешните. 

Нека се върнем назад във времето. През последните години на ХIX век Вилхелм Рентген пръв регистрира лъчите, които получават неговото име. Те са с честота от 30 до 30 000x1015 херца - много по-висока от тази на видимата светлина. Първата медицинска снимка на ръката на жена му Ана я кара да възкликне: „Видях смъртта си". Впоследствие тези лъчи откриват пред медицината и науката цял нов свят за изследвания и това му носи първата Нобелова награда за физика.

60 г. по-късно се появява лазерът - тънък, добре насочен сноп лъчи с постоянна дължина на вълната и голяма яркост. Да, изобретението е впечатляващо, медиите го отразяват с интерес, а по телевизорите ентусиазирано се показват демонстрации как с негова помощ могат да се белят картофи или да се пукат балони на разстояние с голяма точност. Тоест ясно е, че става дума за нещо полезно, но няма как веднага да се преценят реалните му възможности и приложения. Трябва да минат още няколко декади, преди да застане в основата на много от днешните иновации – от хард дисковете през интернет до свръхпрецизните очни операции...

Триизмерна проекция на първата експериментално регистрирана рентгенова светлина, преминала през два миниатюрни паралелни процепа. Поредицата от минимуми и максимуми е следствие от пълния синхрон между различните фотони - доказателство, че е регистрирано идеално лазерно лъчение.

Почти по същото време започват и опитите да се обединят двете начала – да се създадат устройства, които могат на базата на лазера да произведат рентгеново лъчение. Само година след първия лазер учен на име Франкен показва как може да се преобразуват различните цветове – ако два фотона от един и същи цвят се комбинират в кристал, може да се сътвори фотон с нов цвят или дължина на вълната – първият успех е с превръщането на червения рубинов лазерен лъч в ултравиолетов. Следващият по-сериозен пробив е през 1987 г., когато в САЩ комбинират 11 до 15 фотона в един сноп лъчи, за да сътворят фотон в екстремалния ултравиолет – абсолютно неочаквано ефективността на процеса не намалява, за разлика от опитите с по-малко фотони.

Естествено – посоката е да се върви към все по-високи честоти и повече фотони. Тук обаче учените се оказват в задънена улица.

БОМБА В РЕНТГЕНА

Най-сериозните имена пишат, че за създаването на рентгенов лазер е нужна огромна енергия, която само атомна бомба може да отдели, за да се възбуди атомът и по този начин да излъчи нужните високочестотни лъчи. И наистина – по време на студената война и двете суперсили правят подобни експерименти. Тъй като става дума предимно за военни проекти обаче, резултатите са засекретени и днес.

Въпреки всичко в началото на 90-те години учените правят нов сериозен пробив и успяват да създадат рентгенови лазери. Заемат площ дори по-голяма от футболен стадион – последните поколения са от по 7-8 километра в диаметър. Строежът им  надминава 10 милиарда долара, а 1 милион се изразходва ежедневно за експлоатация... Те не работят на принципа на лазера, а може да се каже, че комбинират ускорени електрони, които излъчват светлина. Първоначалните съоръжения имат лъчение със свойства на рентгенова лампа, а не на лазер, която излъчва светлина във всички посоки. Установки с почти лазерни параметри вече работят в Германия, САЩ, Франция, Япония.

Въпреки очевидните трудности те не страдат от липса на работа – на тях се правят експерименти, планирани за години напред, тъй като рентгеновите лазери имат приложение в какви ли не направления на науката, индустрията, фармацията... А държавите се стремят да избират само най-перспективните изследвания. 

Ето че след дългото въведение, стигаме и до същината на нещата. В началото на юни световните медии – научни и популярни, отделиха подобаващо внимание на новината, че екип от Колорадо е създал портативен рентгенов лазер. А начело е учен на име Теньо Попминчев!

10 МИЛИОНА ЦИГУЛКИ

Принципът на Франкен, по който фотоните могат да се комбинират и респективно лазерната светлина да става по-високочестотна, работи ефективно само при сравнително малък брой фотони. Тоест, за да направим рентгенов лазер, трябва на започнем от ултравиолетов. Много от учените доскоро приемаха това за даденост, но не и българинът. Той решава да тръгне срещу догмите в своята област и това му носи впечатляващите резултати. Не се предоверява на авторитетите и досегашните проучвания, според които механизмът не може да се осъществи, ако се започне с лазерни фотони от средата на  инфрачервената област.

Решава да провери сам дали наистина е така и след серия от експерименти успява да създаде установката – рентгенов лазер с размери колкото една маса. Ученият и колегите му вече имат и първите потвърждения, че силното лъчение е неотличимо от идеален лазер, въпреки че не се основава на същия принцип, който би изисквал енергията на атомна бомба. Тоест  дори е нещо повече от рентгенов лазер... 

Да опитаме да обясним изобретението на езика на музиката: нека си представим цигулка. Ако скъсим наполовина дължината на една от нейните струни, тя ще започне да издава два пъти по-висок звук. Или на езика на физиката – честотата на трептене ще е два пъти по-висока. С изобретението си Попминчев успява да скъси струната, която в случая е светлина, цели 5000 пъти – комбинира 5000 фотона! При това го прави едновременно, образно казано, с цели 10 милиона цигулки! И най-важното – всички „свирещи" в синхрон! Толкова едновременно изпратени рентгенови фотони се улавят при снимка.

Всичко за Теньо Попминчев и неговото революционно изобретение - четете само в Августовския брой на Списание 8.