Lézerré alakíthatók a pávatollak, és ez nem vicc

Szebb a páva, mint a pulyka – tartja a régi mondóka, utalva a pávák élénk színű faroktollaira. Ezek a tollak azonban nem csupán látványosak, hanem egy különös titkot is rejtenek: apró fényvisszaverő szerkezetük képes lézersugárrá erősíteni a fényt.

Minderre amerikai kutatók figyeltek fel, akik befestették ezeket a tollakat, majd külső fényforrás segítségével energiával látták el azokat, és kiderült, a tollak keskeny, sárgászöld lézerfény-nyalábokat bocsátanak ki. E különös jelenség nem pigmentekből vagy felületi bevonatokból eredt, hanem a toll rostjainak rejtett struktúráiból, amelyek a biológiában korábban ismeretlen módon csapdába ejtették és felerősítették a fényt. Tulajdonképpen a lézerek alapvető alkotóeleméről, egy lézeres rezonátorról van szó, amelyet először találtak meg állati szövetben.

A lézerek akkor keletkeznek, amikor egy úgynevezett erősítőközeget, gyakran festéket, energiával „pumpálnak”, ami a közeg elektronjait magasabb energiaszintre gerjeszti. Amikor ezek az elektronok alacsonyabb energiaszintre esnek vissza, meghatározott hullámhosszúságú fotonok kibocsátásával szabadítják fel az energiájukat. Ezek a fotonok viszont arra késztethetik a szomszédos gerjesztett atomokat, hogy saját fotonokat bocsássanak ki – magyarázza a kutatást elemző Science folyóirat.

A fényt tovább erősödik és koherens nyalábbá rendeződik, miután egy fényvisszaverő üregben oda-vissza verődik. Egy hagyományos lézerben a nyaláb végül áthalad egy részleges tükrön, egy természetes lézerben azonban a mikroszkopikus fényvisszaverő textúrák üregekként működhetnek, amelyek különböző módokon erősítik és bocsátják ki a fényt.

A Floridai Műszaki Egyetem kutatóit egy izgalmas kérdés foglalkoztatta a pávatollakkal kapcsolatban. Az már korábban is ismert volt, hogy a pávatollak szemfoltjaiban nanoszkopikus rudak rendkívül szabályos és finoman elosztott tömböket alkotnak, kiszámítható, irizáló (a szivárvány színeiben játszó) mintázatokban verve vissza a fényt. A pávatollakban ezek a struktúrák vékony szálakban, úgynevezett barbulákban helyezkednek el. Ezek a periodikus elrendeződések a természetben előforduló fotonikus kristályokhoz hasonlóan működnek – ezek olyan anyagok, amelyek bizonyos hosszúságú fényhullámokat átengednek, míg másokat kizárnak. Ezen ismeretek birtokában a kutatókat az érdekelte, vajon ugyanezek a mikrostruktúrák képesek-e fel is erősíteni a fényt?

Miután az indiai páva tollait közönséges festékkel megfestették, és lágy, 532 nanométeres fényimpulzusokkal pumpálták, sárgászöld lézerfény-sugarakat észleltek, amelyek túl halványak voltak ahhoz, hogy szabad szemmel láthatók legyenek. Ezek a tollak szemfoltjaiból emelkedtek ki, két különböző hullámhosszon. Meglepő módon a szemfoltok különböző színű részei azonos hullámhosszú lézerfényt bocsátottak ki, annak ellenére, hogy az egyes régiók mikroszerkezete feltehetően eltérő volt.

A kutatók, színtől függetlenül, ugyanazokat a lézervonalakat találták a toll szemfoltjának minden részén, ami nem lehetett véletlen. Mint ahogyan az sem, hogy függetlenül attól, hogy a toll melyik színű részét tesztelte a csapat, ugyanaz a két lézervonal jelent meg, közel azonos hullámhosszon. „A következetesség azt jelenti, hogy egy nagyon szabályos visszacsatolási struktúra végzi a munkát” – írják a kutatók a Scientific Reports folyóiratban. Azt, hogy ez nem közönséges fluoreszcencia eredménye volt, az bizonyítja, hogy a fénykibocsátások egyértelműen keskenyek, koherensek és pumpálástól függőek voltak, és ezek a valódi lézerhatás jellemzői.

S hogy mi lehet e különleges jelenség evolúciós célja? Valószínűleg semmi. Feltehetően csak a tolluk felépítésének mellékterméke, nincs ugyanis semmiféle bizonyíték arra, hogy kommunikációra vagy megjelenítésre használnák a pávák ezeket a lézertulajdonságokat.

Ez persze nem jelenti azt, hogy céltalan lett volna a fenti kutatás. Nathan Dawson, az egyetem fizikusa szerint a lézerfény bioanyagokban történő keresése segíthet azonosítani a bennük található szabályos mikrostruktúrák tömbjeit. Az orvostudományban például bizonyos idegen tárgyak – például jellegzetes geometriai alakú vírusok – is osztályozhatók és azonosíthatók lennének lézerként való működésük képessége alapján. Kutatásuk azt is bemutatja, hogyan lehetne biológiai anyagokból egy napon olyan lézereket előállítani, amelyeket biztonságosan be lehetne ültetni az emberi testbe, hogy fényt bocsássanak ki bioszenzori, orvosi képalkotási vagy terápiás célokra. 

Ha máskor is tudni szeretne hasonló dolgokról, lájkolja a HVG Tech rovatának tudományos felfedezésekről is hírt adó Facebook-oldalát.