Oamenii de ştiinţă au vrut să afle de ce culoarea penelor unor păsări este albastră fără ca acestea să aibă vreun pigment de culoare albastră. Cu ajutorul razelor X din cadrul Advanced Photon Source ei au reuşit să descopere că păsările au anumite structuri, aflate la o scară nanometrică, pe penele lor care reflectă doar lumina având lungimea de undă corespunzătoare pentru culoarea albastru. În imaginea de sus este arătată pasărea Cotinga maynana aşa cum o vedem noi.
În a doua imagine este arătat ce se poate vedea cu ajutorul unui microscop electronic. Microscopul electronic emite un fascicul de electroni către pene şi măsoară modul în care el interacţionează cu acestea pentru a obţine o imagine a acelor structuri. Dar microscoapele electronice pot vedea doar până la o scară a dimensiunilor de ordinul nanometrilor. Pentru a putea vedea chiar mai departe, până la nivelul atomic, aveţi nevoie de razele X. În imaginea de jos este arătat ce se poate vedea cu ajutorul razelor X.
1. Razele X sunt generate de radiaţia ce provine de la electroni
Razele X sunt un tip de lumină. Atunci când sunt excitaţi, atomii emit pachete de energie denumite fotoni. Fotonii compun orice formă de lumină. Razele X reprezintă fotoni cu energie mare care sunt emişi de către electroni în afara nucleului atomic.
2. Razele X sunt folosite pentru a vizualiza structuri de mici dimensiuni, deoarece ele au o lungime de undă mai mică decât lumina vizibilă
Cea mai mică lungime de undă a luminii vizibile, ceea ce vedem noi ca violet, are o valoare aproximativă de 400 nanometri. Prin comparaţie, razele X „moi" au lungimile de undă în jurul valorii de un nanometru în timp ce razele X „tari" au o lungime de undă având valoarea unei fracţiune dintr-un nanometru. (Unghiile tale cresc cu aproximativ 1 nanometru pe secundă). Este imposibil de a vedea structuri mai mici decât lungimea de undă a oricărei forme de lumină care este utilizată în acest scop, astfel încât oamenii de ştiinţă trebuie să utilizeze impulsuri având o lungime de undă mică pentru a studia materia aflată la o scară atomică.
3. Există o mare diferenţă între razele X „moi" şi razele X „tari"
Razele X moi transportă mult mai puţină energie decât razele X tari şi ele sunt din acest motiv mult mai uşor absorbite de aer şi de către alte medii. În apă, majoritatea fotonilor din cadrul razelor X moi vor fi absorbiţi înainte ca aceştia să parcurgă o distanţă de o milionime de metru. Medicii şi oamenii de ştiinţă folosesc razele X tari pentru a privi oasele rupte sau pentru a investiga proprietăţile de la nivelul atomic ale materialelor solide.
4. Razele X au fost descoperite printr-un accident
Razele X, denumită iniţial raze Röntgen, au fost descoperite în anul 1895 de către fizicianul german Wilhelm Röntgen. Röntgen a făcut experimente cu raze catodice care sunt fluxuri de electroni în tuburi vidate. El a acoperit un tub de raze catodice cu un carton negru şi a observat că deşi cartonul acoperea complet tubul o strălucire a apărut pe un ecran fluorescent aflat la câţiva metri distanţă. După ce Röntgen a obținut primele imagini cu ajutorul razelor X ale oaselor din mâna soţiei sale, ea a remarcat: „Acum mi-am văzut moartea!"
5. Razele X au fost utilizate pentru descoperirea structurii dublu-elicoidale a ADN-ului
Deşi James Watson şi Francis Crick sunt de obicei creditaţi cu descoperirea structurii ADN-ului, descoperirea lor nu ar fi fost posibilă fără ajutorul cristalografiei cu raze X a chimistului Rosalind Franklin. Cristalografia cu raze X presupune bombardarea suprafeţei unui cristal cu raze X şi ulterior studiul modelului de „împrăştiere" care rezultă în acest fel. În continuare, oamenii de ştiinţă pot reconstitui structura unor molecule de mici dimensiuni pornind de la aceste modele complicate ale modului în care se împrăştie razele X.
6. Fascicule de raze X foarte intense sunt produse în acceleratoarele de particule de mari dimensiuni care se întind pe o lungime de mai multe mile
Cele mai puternice raze X pe care le utilizează oamenii de ştiinţă din SUA, în prezent, pentru experimentele lor sunt produse la „sursa de lumină" aflată în cadrul laboratoarelor naţionale. Advanced Photon Source din cadrul Argonne National Laboratory este un sincrotron care reprezintă o sursă de lumină de forma unui inel de mari dimensiuni care foloseşte magneţi pentru a menţine viteza de deplasare a electronilor apropiată de viteza luminii de-a lungul unui inel în lungime de un kilometru. În timp ce electronii se deplasează în jurul inelului, ei emit energie sub forma razelor X.
7. Este posibil să utilizăm razele X la microscoape
Microscopia cu raze X nu se aseamănă prea mult cu microscopia optică despre care majoritatea dintre noi am învăţat în liceu. Deoarece razele X sunt invizibile pentru ochiul uman, oamenii de ştiinţă folosesc un microscop cu raze X care expune un film sau utilizează un detector de raze X pentru a absorbi razele X care trec prin probele studiate. În continuare se analizează expunerile obţinute pentru a se obţine imaginea dorită.
Traducere de Cristian-George Podariu după x-rays cu acordul editorului
