Wat krijg je als je ’s werelds snelste camera met een fasecontrastmicroscoop combineert? Een camera, zo snel, dat je een laser door een transparant kristal kunt volgen.

Een flapperende kolibrie die nectar uit een bloem drinkt, neuronen die elektrische signalen afvuren, en een schokgolf in het water. Het zijn stuk voor stuk fenomenen die te snel zijn om met het blote oog waar te nemen. Het in beeld brengen van een supersnelle kolibrie is niks nieuws, maar voor vurende neuronen en schokgolven is grover geschut nodig.

Onlangs presenteerden wetenschappers van het California Institute for Technology een nieuwe camera die uitkomst biedt. De camera maakt maar liefst één biljoen foto’s per seconde, en kan daarnaast nog iets bijzonders: het vastleggen van beweging door transparante objecten.

Lees ook:

• Verenigd Koninkrijk gaat geluidscamera’s installeren
• Piepkleine camera verplettert ‘draairecord’

Talent

De camera is gebaseerd op een toestel dat nog geen twee jaar geleden in de schijnwerpers stond. Toen ontwierp het team ’s werelds snelste camera, die maar liefst tien biljoen frames per seconde schiet. Met zo’n snelheid is het mogelijk om een reizende lichtbundel in slow motion vast te leggen.

De nieuwe uitvinding is, met een beeldsnelheid van ‘slechts’ één biljoen frames per seconde, een stuk trager dan zijn broertje. Gelukkig heeft hij een ander talent om de show mee te stelen: het toestel schiet foto’s van transparante objecten. Hiervoor gebruikt de camera een nieuwe techniek die de wetenschappers phase sensitive compressed ultrafast photography of pCUP noemen.

Fasecontrastmicroscopie

pCUP combineert een al bestaande techniek (CUP), die ook in de vorige camera zat, voor een hoge beeldsnelheid, met een veelgebruikte oude techniek die we in het lab tegenkomen: fasecontrastmicroscopie. Al in de jaren dertig werd dit uitgevonden door twee Nederlandse natuurkundigen. Deze techniek maakt het mogelijk voor wetenschappers om transparante objecten zoals levende cellen, die voornamelijk uit water bestaan, dunne plakjes weefsel en micro-organismen, te bestuderen.

Als licht door een medium anders dan vacuüm reist, zorgt dit voor een interactie waardoor het licht versneld of vertraagd wordt, afhankelijk van het medium. De microscoop kan lichtbundels die door verschillende soorten media –  zoals een cel en zijn omgevingsvloeistof –  heengaan, onderscheiden en zo zichtbaar maken.

Prachtplaten

Met de gloednieuwe camera maakte het team een reeks indrukwekkende beelden, waaronder beelden van twee fenomenen die nooit eerder zijn waargenomen. Op beeld is te zien hoe een ultrasnelle laser door een kristalstructuur heen schiet. Het andere beeld laat prachtig zien hoe een door een laser geïnduceerde schokgolf zich door het water voortplant.

Het team is van plan om meer bijzondere fenomenen haarfijn in beeld te krijgen. Zo zouden ze beelden willen schieten van ‘communicerende neuronen’ in een neuronennetwerk. Als een neuron vuurt zou er namelijk een piepkleine trilling moeten ontstaan in de zenuwvezel. Daarnaast is het met de camera misschien mogelijk te zien hoe vlammen zich verspreiden onder hoge druk in een verbrandingskamer.

Het vastleggen van zulke fenomenen helpt wetenschappers de wereld om ons heen beter te begrijpen. En het levert ook nog eens prachtplaten op.

Bronnen: Science Advances, iflscience

Beeld: Caltech

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!