Трое физиков из Института квантовой оптики им. Макса Планка (Германия) и Института Лауэ — Ланжевена (Франция) провели серию опытов, доказавших, что линзы, выполненные из материалов с большим зарядом ядра, вполне могут работать с гамма-излучением. 

Параметры фокусирующей линзы, как известно, определяются величиной показателя преломления n того материала, из которого она изготовлена. Сам показатель при этом традиционно представляется в виде комплексного числа n(E) = 1 + δ(E) + iβ(E), где δ отвечает за собственно преломление, а β — за поглощение излучения. Такая запись даёт понять, что действительная и мнимая части n имеют зависимость от энергии излучения E. 

Чтобы получить линзу с приемлемым фокусным расстоянием, необходимо добиться того, чтобы слагаемое δ(E) заметно отличалось от нуля. При работе в привычном оптическом диапазоне никаких проблем здесь не возникает, но с увеличением энергии и переходом в рентгеновскую область δ начинает очень быстро падать по закону δ ∝ 1/E². Для создания фокусирующей оптики на высоких энергиях учёным приходится увеличивать количество линз (в случае жёстких рентгеновских лучей число устанавливаемых последовательно линз, к примеру, измеряется несколькими сотнями). В гамма-диапазоне это очевидное решение уже не приносит результата, поскольку требуемый огромный набор линз будет поглощать практически всё падающее излучение. 

Последний вывод основывается на предположении о том, что тенденция δ ∝ 1/E² сохраняется на энергиях свыше ~200 кэВ — значения, до которого ранее добирались экспериментаторы при измерении δ. Германо-французская группа проверила это предположение на практике, выполнив опыты с кремниевым образцом на энергиях в 0,18–2 МэВ. 

Результаты экспериментов оказались совершенно неожиданными: на ~0,7 МэВ слагаемое δ поменяло знак, вследствие чего показатель n превысил единицу. По мнению физиков, это может объясняться тем, что основной вклад в величину δ на энергиях, исчисляющихся мегаэлектронвольтами, даёт уже не рэлеевское рассеяние, к которому относится зависимость δ ∝ 1/E², а дельбрюковское рассеяние фотонов на кулоновском поле атомных ядер. 

Если такая трактовка верна, в ближайшем будущем специалистам придётся выделить новое направление оптики — гамма-оптику. У кремния измеренное значение δ невелико (~10^–9), но у материалов с бóльшим зарядом ядра оно, согласно расчётам, резко возрастает: на ~1 МэВ у золота δ должно доходить до ~10^–5. В настоящее время авторы занимаются изготовлением небольших двояковыпуклых золотых «гамма-линз» с ожидаемым фокусным расстоянием в 3 м. 

Отчёт об экспериментах с кремнием будет опубликован в журнале Physical Review Letters; препринт статьи можно загрузить с сайта arXiv. 

Подготовлено по материалам Physicsworld.Com.

Текст: Дмитрий Сафин