Anyagon áthatoló fénysugár – ez a felfedezés forradalmasíthatja az orvosi képalkotó eljárásokat
Nemrégiben a Nature Photonicsban jelent meg az a tanulmány, amelyben a kutatásban részvevő szerzők a holland Utrecht Egyetemről, valamint az osztrák TU Wien-ről beszámoltak arról, hogy kifejleszettek egy olyan új típusú fényállapotot, amelyet az úgynevezett “szórás-invariáns állapot”-nak neveztek el.
A fény hullámok összege, amely általában minden olyan inhomogén közegen szóródik, amelyen áthatol. Például a füstöt is azért látjuk lézerfényben, mert a fény, amely megvilágítja, elhajlik, illetve szóródik, de attól a fény egy része változatlanul haladhat tovább ugyanabba az irányba.
Ez a kísérlet viszont a fény leképeződését is megváltoztatja, vagyis annak a fénynek az állapotát, amely áthalad az adott objektumon, vagy közegen. A fényhullámoknak ez egy olyan csoportja, amit nem változtat meg egy adott közeg, csupán halványítja azt az áthaladás során. Amikor áthatol valamin, majdnem olyan formában érkezik meg a túloldalra, mintha a közeg, amelyen áthatolt nem is lenne ott. Ezzel lehetővé válhat bármilyen tárgynak az alaposabb belső analizálása.
A kísérlet abból állt, hogy fényt térben moduláltak, vagyis egy olyan eszközt helyeztek egy porral beszórt üveglap elé, amely különböző tulajdonságú fényhullámokat képes létrehozni. Ezáltal megalkottak egy olyan állapotot, amely a porra szórás-invariáns állapotba kerül, vagyis nem változik meg jelentősen.
"Az, hogy egy hullám áthatol-e egy tárgyon, nemcsak a hullámhossztól, hanem a hullámformától is függ." - nyilatkozta a kutatásban Phd hallgatóként résztvevő Matthias Kühmayer.
"A szerzők azt állítják, hogy egy adott porra vonatkoztatva, ami jelen esetben cink-oxid nanorészecskékből állt, - amelyet hozzávetőlegesen 5-10 mikrométer vastagságban helyeztek fel véletlenszerű elrendezésben egy hordozó üvegre - létre tudtak hozni olyan állapotú fényt, ami ha áthalad ezen a rendezetlen közegen, akkor változatlanul ugyanazt a formát, hullámmintát kapják egy detektorra érkezve, mintha pusztán a levegőn haladt volna át a fény" - mondja Rácz Péter fizikus, a WIGNER Fizikai Kutatóintézet munkatársa.
Stefan Rotter kutató matematikai módszerekkel írta le a fényszórási hatásokat. Először a véletlenszerűen elrendezett nanoanyag réteg fényszórását kellett leírniuk, majd ebből matematikailag kiszámolniuk, hogy milyen hullámformák lehetnek azok, amik ezen át tudnak hatolni változás nélkül.
"Kifejlesztettek egy matematikai eljárást is. A kísérlet szerint külön mérték a fény vízszintes és a függőleges polarizációjú komponenseit is. Ezeknél azt lehetett látni, hogy a fény intenzitása lecsökkenve érkezik a detektorra, amikor áthalad a porral teli nanorészecske rétegen, de az eloszlása nem változott jelentősen. Ezáltal a hullámszóródás hiányát illetve csökennését látták."
Emellett több, más fajta hullámformát is létre lehet hozni az eljárásból, hiszen nem csupán egyfajta ilyen állapotú fény létezik, mert ezeket kombinálni is lehet.
A fény, amelyet találtak, lehetőséget adhat biológiai minták jobb leképezésére, például a sejtek mikroszkópon keresztüli pontosabb vizsgálatára, vagy orvosi diagnosztikai eszközök, mint a röntgen vagy CT fejlesztésére.
- magyarázza Rácz Péter.
