مترجم: حمید وثیق زاده انصاری
منبع: راسخون
منبع: راسخون
در فناوریهای نوین از یک آشکارساز صفحه الماس برای آشکارسازی یک تک پروتون استفاده میشود. این آشکارسازها از حساسیت بالایی برخوردارند و میتوانند حضور یک تک پروتون را نیز ثبت کنند.
تجهیزاتی که در شکل نشان داده شده است، مربوط به یک دستگاه تصویربرداری مغناطیسی هستند که برای نمایش دادن بافتهای زنده داخلی از میدانهای مغناطیسی استفاده میکند. امروزه دانشمندان با الهام گرفتن از طرز کار این دستگاهها، راهی را برای آشکارسازی ساختارهای بنیادین اتمها پیدا کردهاند.
پروتون به اندازه باورنکردنیی کوچک است. اما اندازه کوچک این ذره (حتی کوچکتر از اتم) باعث شده است که برای محققانی که در پی کشف واقعیتهای دنیای نانو هستند یک ذره ایدهآل باشد. تنها کاری که دانشمندان میکنند این است که یک آشکارساز تصویربرداری مغناطیسی صفحه الماسی میسازند. این دستگاه میتوانند یک تک پروتون را آشکارسازی کند. حتی اگر این آشکارساز نتواند تصویری از پروتون ارائه دهد توانایی آن را دارد که حضور پروتون را گزارش کند.
ممکن است روزی چنین دستگاهی بتواند تصویر بسیار بزرگتری از عناصر بیولوژیکی، مانند پروتئینها و ویروسها ارائه دهد، ولی اکنون تصویر داده شده بسیار کوچک است.
دانیال راگر (Rugar)، که یک فیزیکدان مرکز تحقیقاتی IBM کالیفرنیا است و البته خودش شخصاً روی این دستگاه تحقیقاتی انجام نداده است، در اخبار علمی اینطور اظهار میدارد که این دستگاه واقعاً یک شاهکار است.
این اسکنر جدید، در واقع یک نسخه از دستگاه غولپیکر MRI (که در آزمایشگاهها و بیمارستانها استفاده میشود)، در ابعاد میکرومتر است. زیرا طرز کار آن بسیار شبیه این دستگاه تصویربرداری است.
در دستگاه MRI بیمارستانی، آن قسمت از بدن که لازم است اسکن شود تحت میدانهای مغناطیسی قرار میگیرد. این کار باعث میشود که میدان مغناطیسی پروتونهای منفرد، که در مولکولهای آن قسمت از بدن که تحت تأثیر میدان مغناطیسی خارجی قرار گرفته و باید اسکن شود، قرار دارند، همردیف شوند. پس از اعمال میدان مغناطیسی، میدان این پروتونها کاملاً همجهت است. سپس دستگاه MRI، یک موج رادیویی را به این قسمت بدن اعمال میکند. این پروتونها تابش رادیویی را جذب کرده و آن را بازتاب میکنند، منتها فرکانس موجی که ارسال میکند با فرکانس موج رادیویی تابیده شده متفاوت است. (به تعداد موج در واحد زمان فرکانس گویند). وقتی امواج رادیویی قطع میشوند، پروتونها به حالت عادی خود بازمیگردند. اسکنر از این انتقال فرکانسی برای ثبت جزئیات آن قسمت از بافت بدن که تحت اسکن بوده است استفاده میکند.
بیش از 20 سال است که دانشمندان سعی دارند از روش مشابهی برای اسکن کردن اشیاء بسیار کوچکتری استفاده کنند.
کریستین دژن (Degen)، که یک فیزیکدان حالت جامد در مرکز ETH زوریخ سوئیس است، در اخبار علمی چنین اظهار کرد که: "ما سعی داریم از روشی شبیه به MRI، برای مطالعه ویروسها، سلولها و تک مولکول استفاده کنیم". دژن در این زمینه کارشناس است. او در سال 2009، به همراه گروهی از دانشمندان در زمینه تصویربرداری از یک ویروس با کمک یک حسگر مغناطیسی کار کرده است. این ویروس حاوی حدود 10 هزار اتم هیدروژن بود.
این گروه برای ساخت حسگری که بتواند یک تک پروتون را تشخیص دهد، از الماس استفاده کردند. این ماده کریستالی از آرایههای صلب و محکمی از اتمهای کربن تشکیل شده است. دانشمندان دو اتم کربن را از سطح این کریستال جدا کرده و آن را با اتم نیتروژن جایگزین کردند. در این حالت وقتی یک نور سبز را به این کریستال بتابانیم، اتم نیتروژن نور قرمز را انعکاس میدهد.
تیم دیژن، دقیقاً روی سطح کریستال الماس لایه نازکی از مادهای که حاوی هیدروژن بود قرار دادند. وقتی میدان مغناطیسی به آن اعمال شد مشاهده کردند که درخشش نور قرمز منعکس شده با تغییر میدان مغناطیسی تغییر میکند. این مسأله حضور یک تک پروتون را نشان میدهد. این گروه کشف خود را در 16 اکتبر 2014 در مجله Science گزارش کردند.
راگرز میگوید: نور قرمز مانند یک چراغ قوه عمل میکند، و مانند حسگری است که تغییر میدان مغناطیسی و همین طور وجود یک پروتون را اعلام میکند. شدت نور قرمز نشاندهنده شدت میدان مغناطیسی است. او همچنین به این نکته اشاره میکند که دانشمندان هنوز هم درحال کشف چیزهایی هستند که میتوان با این وسیله به آنها پی برد.
تکنولوژیهایی که پیش از این وجود داشت قادر به اسکن مولکولها و اجسامی بودند که از اتمهای بسیار زیادی تشکیل شدهاند، که البته خود این اتمها نیز از ذرات ریزتری بوجود میآیند. اما این حسگرهای مغناطیسی جدید این امکان را فراهم میسازند که ساختارهای درون اتمی را بطور جداگانه و تک تک مورد مطالعه قرار داد. و همچنین به دانشمندان نشان میدهند که پروتئینها، ویروسها، و اجسام ریز دیگر چگونه رفتار میکنند.
/ج
