MAX IV och vad vi kan se

För en knapp månad sedan invigdes en forskningsanläggning som kallas MAX IV utanför Lund. I MAX IV accelereras elektroner till mycket höga hastigheter och leds in i en cirkulär bana. På grund av den kontinuerliga accelerationen (för att stanna i den cirkulära banan måste ju riktningen hela tiden ändras) ger elektronerna ifrån sig synkrotronstrålning, elektromagnetisk strålning med ett brett spektrum från radiovågor till röntgenstrålning. MAX IV är den mest intensiva synkrotronstrålningskällan i världen.

Så vad ska den vara bra för?

Ett sätt att förstå vad MAX IV är bra för är att fundera över gränserna för vad vi kan se. Det mänskliga ögat kan i regel urskilja saker ner till bredden på ett hårstrå, runt 20 mikrometer. I ett vanligt ljusmikroskop kan vi få syn på långt mindre saker, men det finns en gräns: För att vi ska kunna urskilja detaljer måste ljuset vi använder ha tillräckligt kort våglängd. Exakt hur kort den måste vara beror på hur bra mikroskopet är och kan beräknas med något som kallas Abbes kriterium, men tumregeln är strax under halva våglängden. Synligt ljus har våglängder mellan 0.4 och 0.7 mikrometer, eller 400 till 700 nanometer. Vi kan alltså som bäst se detaljer på några hundra nanometer.

Men om vi vill se nanopartiklar, som kan vara nere på tiotals nanometer? Eller var de enskilda atomerna i en molekyl sitter? Avstånden mellan atomer i en molekyl är oftast runt ett par Ångström, eller tiondels nanometer, tusen gånger mindre än vad vi kan urskilja med synligt ljus. För att studera sådana saker måste vi hitta något som har kortare våglängd, och det är här den bredspektriga synkrotronstrålningen från anläggningar som MAX IV kommer in i bilden. Man kan filtrera ut strålning med rätt våglängd för att studera ett visst material eller strukturen i ett visst prov. Röntgenstrålning, till exempel, har våglängder mellan 0.1 och 10 nanometer, så den är synnerligen lämplig för att kolla på atomers positioner, medan nanopartiklar kanske kan studeras med UV-ljus.

Så om vi nu vet hur våra molekyler och nanostrukturer ser ut, vad gör vi med den kunskapen? En sak vi kan göra är att börja fundera på hur vi kan ändra på den för att ge den egenskaper som vi vill ha. Molekylerna skulle till exempel kunna vara potentiella läkemedel vars egenskaper man vill förstå bättre.
Så det är något av vad MAX IV är bra för.