Už v 19. století vědci zjistili, že obraz, jaký nabízejí běžné optické čočky, je nedokonalý. Nedokážou totiž soustředit světlo do menší oblasti, než je asi polovina vlnové délky světla. Neumožňují nám tak podívat se na objekty třeba velikosti viru.
Fyzik Tomáš Tyc z Masarykovy univerzity, známý svým objevem neviditelného pláště, teď s kolegy pracuje na něčem, co by mohlo techniky zobrazování zcela převratně změnit. Snaží se vyvinout dokonalou čočku.
Když se díváme na věci běžným optickým mikroskopem, nedokážeme vidět detaily o mnoho menší, než je vlnová délka světla. I kdyby měl mikroskop sebevětší zvětšení, obraz bude rozostřený. „Světlo je vlnění a vlna nedokáže nést informaci o něčem, co je výrazně menší než ona sama. Proto když chceme pozorovat menší objekty, musíme sáhnout třeba po elektronovém mikroskopu,“ vysvětluje Tomáš Tyc z Ústavu teoretické fyziky a astrofyziky Přírodovědecké fakulty MU.
Dlouhou dobu se mělo za to, že jde o základní fyzikální omezení. Podle Tyce se ale ukazuje, že existují různé metody, jak se dá i v obyčejném světle vidět něco tak malého, jako je například vir.
Vědci zatím experimentovali s takovými technikami, jako je třeba Near-field Scanning Optical Microscopy. Ta spočívá v tom, že se v těsné blízkosti předmětu projíždí velmi malou sondou, která zachycuje světlo, a dosahuje se tak rozlišení, které je jemnější. Výhodnější by ale bylo získat obraz z vln, které jsou detekovány dále od předmětu. „To by mohly dokázat takzvané dokonalé čočky neboli superčočky, které využívají geometrie k tomu, aby se světlo soustředilo do oblasti menší, než je jeho vlnová délka,“ říká fyzik.
Jako prototyp dokonalé čočky používá Tyc se svými kolegy tzv. Maxwellovo rybí oko. „Jde o prostředí, v němž se optické vlastnosti spojitě mění v oblasti tvaru koule. Paprsky světla se zde pohybují po kružnicích. Vyjdou-li z jednoho bodu, po nějaké době se všechny potkají v jiném bodě, kde vytvoří obraz,“ popisuje Tyc. Jde o podobný princip, na kterém fungují i běžné čočky, ovšem s tím rozdílem, že v normální čočce se nikdy nevyužijí všechny paprsky. V tomto případě ale ano. „Rybí oko díky tomu poskytuje superrozlišení,“ dodává Tyc.
Revoluce v optice?
I když se fyzikovi podařilo jeho objevy už publikovat v New Journal of Physics, upozorňuje, že je stále ještě na začátku. Výzkum však vypadá slibně. Pokud by se vše podařilo, mohlo by to podle Tyce vyvolat revoluci v technologiích zobrazování.
Vynález by jistě ocenili biologové, kteří by nemuseli spoléhat jen na elektronové mikroskopy, kvůli nimž je potřeba buněčné tkáně různě upravovat, a prakticky není možné je pozorovat živé. Dokonalá čočka by to změnila. „Využití bychom ale mohli najít třeba i při výrobě mikročipů, k jejichž nanášení na křemíkové desky by se nemuselo využívat záření stále kratších vlnových délek kvůli tomu, že se zmenšuje velikost vytvářených struktur,“ říká Tyc.
Neviditelný plášť
Dokonalé čočky nejsou první velkou myšlenkou, se kterou fyzik Tomáš Tyc přišel. Před třemi lety zaznamenal mezinárodní úspěch s konceptem neviditelného pláště. Vynález z oblasti optiky je založen na tom, že světelné paprsky obtékají objekt a na druhé straně se opět spojují. Lidské oko předmět tudíž nevidí.
S konceptem, na němž s kolegou Ulfem Leonhardtem z univerzity ve skotském St. Andrews dále pracují, slavili v létě úspěch na výstavě o nejnovějších poznatcích přírodních věd Science Live, kterou v Londýně pořádala britská Královská společnost.
