В тёмной комнате луч солнца проходит сквозь булавочный прокол в картоне — и на стене появляется перевёрнутое изображение улицы. Пинхол-камера не нуждается в линзах: крошечное отверстие само отбирает лучи, идущие от каждой точки сцены. Учёные из ESRF применили этот принцип не к свету, а к рентгеновскому излучению, и заставили камеру видеть не форму, а химический состав.

Обычно трёхмерную карту элементов получают, водя сфокусированным пучком по образцу точка за точкой. Это медленно, как рисовать портрет, тыкая иголкой в холст. В новом методе образец освещают целиком, а его флуоресцентное свечение — вторичное рентгеновское излучение, испускаемое атомами после возбуждения, — проходит через пинхол диаметром 200 микрометров и попадает на детектор HEXITEC. Этот детектор записывает энергию каждого фотона, как ухо различает ноты в аккорде. Так за один кадр собирается информация сразу обо всех элементах.

Геометрия эксперимента эквивалентна виртуальному конусному лучу: пинхол работает как вершина конуса, а детектор — как его основание. Чтобы восстановить трёхмерное распределение элементов, авторы сначала откалибровали систему по проекциям калибровочной сферы, а затем уточнили параметры, минимизируя ошибку реконструкции. Такой двухэтапный подход похож на настройку музыкального инструмента: сначала грубо по камертону, потом тонко по биениям.

Метод проверили на двух образцах. Эмбрион рыбки данио, окрашенный серебром, показал неравномерное распределение красителя в мягких тканях — серебряная карта выявила, где краситель скопился, а где его почти нет. Геологический керн из гранита и серпентинита разделился по элементам: барий локализован в граните, а железо распределено в серпентините. Пространственное разрешение флуоресценции около 150 микрометров — меньше, чем у фазового контраста, но достаточно для химической карты.

Фазово-контрастная томография, полученная последовательно в той же геометрии, даёт структурный контекст: видно форму, а поверх неё — химическую карту. Это как если бы на чёрно-белую фотографию города наложили цветную карту загрязнения воздуха. Раньше для такого совмещения приходилось сканировать образец дважды разными методами и потом мучительно совмещать данные. Теперь структура и химия получаются в одном эксперименте.

Пинхол-камера из картона и булавки когда-то была игрушкой. Теперь она стала инструментом, который заглядывает внутрь вещества, не разрушая его, и показывает, где прячутся атомы серебра, железа и бария. Следующий шаг — заменить одиночное отверстие кодированной апертурой, чтобы собрать больше света и повысить разрешение. Тогда пинхол перестанет быть булавочным проколом и станет окном в динамику химических процессов.