Un thermomètre sensible pour les rayons X express
Un faisceau de rayons X est un flux de minuscules paquets d'énergie, les photons. Les détecteurs ordinaires les comptent mais ne distinguent pas les nuances : deux photons d'énergie proche sont identiques pour eux. Le nouvel instrument fonctionne comme un thermomètre sensible : il capture chaque photon et mesure à quel point il a chauffé une fine membrane. Grâce à cette chaleur, on peut déterminer précisément l'énergie apportée par le photon. Une différence de quelques électronvolts, c'est comme distinguer un grain de sable de deux grains sur la paume de la main.
Les essais ont eu lieu sur le synchrotron SPring-8, un anneau géant où des électrons sont accélérés jusqu'à une vitesse proche de celle de la lumière et émettent des rayons X intenses. Le détecteur, composé de 240 pixels, a suivi le faisceau simultanément et a distingué des photons avec une précision de 4 électronvolts pour une énergie de 6 000. C'est comme entendre un murmure dans une salle bruyante. L'instrument a supporté un flux de 2 000 photons par seconde sur tous les pixels, en conservant une précision de 5 électronvolts.
Une telle sensibilité ouvre de nouvelles portes. Auparavant, la raie de l'arsenic et celle du plomb dans le spectre des rayons X se confondaient en une seule bosse, car leurs énergies sont presque identiques. Maintenant, elles apparaissent comme deux pics distincts, et on peut suivre le plomb sans être gêné par l'arsenic. C'est important pour l'analyse des sols, des minerais, ou même des particules de poussière dans l'air.
L'instrument est un premier pas vers l'installation de tels détecteurs précis sur tous les synchrotrons à rayons X durs. Ainsi, chimistes, géologues et écologistes pourront examiner la composition de la matière aussi facilement que nous distinguons les couleurs de l'arc-en-ciel.
L'énergie d'un photon de rayons X de 6 keV est des milliards de fois plus grande que celle de la lumière visible, mais le détecteur perçoit une différence de seulement 4 électronvolts, comme si une balance de marché remarquait une plume tombant sur un camion.