A pávatoll akár lézer is lehet

Az állatvilágban először bukkantak olyan mikroszerkezetre, amely lézerként működik, a Scientific Reports  folyóiratban megjelent tanulmány szerint. A Floridai Műszaki Egyetem kutatói feltárták, hogy a pávatollban olyan mikroszkopikus üregek találhatók, amelyek a fényt koherens sugárrá képesek erősíteni. A kutatást a Science ismertette. 

A lézer eredetileg betűszó volt, gerjesztett sugárzással erősített fényt jelent. A lézer gyakorlatilag egy olyan fényforrás, amely nagyon keskeny, irányított és egyszínű (egyforma hullámhosszú) fényt bocsát ki. Működésének alapja, hogy egy anyagot (pl. festék vagy kristály) gerjesztenek, azaz az elektronjai energiát kapnak.

Ezt az energiát aztán fotonok, vagyis fény formájában leadják, mégpedig úgy, hogy a kibocsátott fotonok egymást is hasonló kibocsátásra serkentik. Ez a folyamat egy tükröző üregben zajlik, ahol a fény oda-vissza verődik és erősödik, míg végül egy részleges tükör kiengedi a lézersugarat. A végeredmény egy erős, jól fókuszálható fénynyaláb.

A természetes lézerekben, mint a pávatollban, mikroszkopikus méretű visszaverő felületek tölthetik be a tükröző üreg szerepét, más-más módon erősítve és kibocsátva a fényt.

Az régóta ismert, hogy a pávatollak szerkezeti színeket mutatnak, vagyis nem pigmentek, hanem a toll mikroszerkezete hozza létre a ragyogó árnyalatokat. A mikroszerkezet sajátossága, hogy bizonyos színű fényt látunk neki köszönhetően. A floridai kutatók arra voltak kíváncsiak, hogy ez a mikroszerkezet esetleg működhet-e lézerként is.

Miután egy általánosan használt festékkel megfestették a tollakat, majd gyenge fényimpulzusokkal gerjesztették őket, laboratóriumi műszerekkel sárgászöld lézersugarakat észleltek – ezek szabad szemmel nem látszottak, ahhoz túl halványak voltak. A sugarak a pávatollak szemfoltjaiból indultak ki, két különböző (de mindig ugyanazon) hullámhosszon.

A szerkezeti színeket létrehozó szabályos kristályszerű szerkezetet üregek sokasága alkotja, és ezekből verődik vissza a fény, amelyet kissé fémesen csillogónak látunk a pávatoll esetében is. Azonban e színek irányfüggők, vagyis ha kissé más szögből nézzük a tollat, más árnyalatban fog ragyogni egy megadott pontja, és az egyes színeket kissé eltérő nagyságú mikroszerkezet hozza létre.

Azonban a kutatók mérései azt mutatták, hogy a lézerfény hullámhossza a különféle színű tollrészek esetében is ugyanolyan volt. Ez azt jelentette, hogy nem a színekért klasszikusan felelős pálcikaszerű mikroszerkezet adja a lézeres viselkedéshez szükséges üregeket.

Egyelőre nem világos, pontosan mi lehet ez a mikroszkopikus elem, a kutatók bizonyos fehérjeszemcséket sejtenek a háttérben. Ha a hullámhosszak azonosak, az azt jelenti, hogy a lézerüregek mérete is abszolút azonos kell legyen, a méretbeli eltérések, hibák kisebbek kell legyenek egy atom méreténél is. Ezzel teljesen kizárhatók a színeket adót mikroszerkezetek, amelyek meglehetősen változatos méretűek, legalábbis egy lézer igényei szerint.

Természetesen a pávákról nem feltételezhetjük azt, hogy aktívan lézereznek egymásnak. A felfedezés azonban más téren lehet érdekes, például a biológiai anyagok szabályos belső szerkezetére utaló tulajdonság lehet az, ha lézerként képes működni. A lézermódszerrel például azonosítani lehetne az olyan szabályos geometriai szerkezetű dolgokat, mint egy-egy vírus. A hasonló biológiai szerkezeteket egy napon akár valamiféle diagnosztikára, beépített képalkotó módszerként, vagy akár gyógyító terápiára is használni lehet majd.