ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പ്: ഇലക്ട്രോണിനെന്താ ഇവിടെ കാര്യം?

ചിത്രത്തിൽ കാണുന്നത് എന്താണെന്നറിയാമോ? ഇതൊരു പൂമ്പൊടിയുടെ ചിത്രമാണ്, പക്ഷേ ഒരല്പം വലുതാക്കി എടുത്തിരിക്കുന്നു എന്നേയുള്ളൂ. കൃത്യമായി പറഞ്ഞാൽ 761 മടങ്ങ് വലുതാക്കി (761x magnification) ഒരു ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പ് ഉപയോഗിച്ച് പകർത്തിയ, ചെമ്പരത്തിയുടെ പൂമ്പൊടിയുടെ (hibiscus pollen) ചിത്രമാണത്

ഇത്തരം ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പ് ചിത്രങ്ങൾ ഇത് വായിക്കുന്നവർക്ക് അത്ര അപരിചിതമൊന്നുമാകാൻ വഴിയില്ല. പക്ഷേ ഇവിടെ ചോദ്യം മറ്റൊന്നാണ്.

ഫോട്ടോ എടുക്കുന്നിടത്ത്, ഈ ‘ഇലക്ടോണി’ന് എന്ത് കാര്യം? ആറ്റത്തിൽ ന്യൂക്ലിയസ്സിന് ചുറ്റും കറങ്ങുന്നു എന്ന് പറയപ്പെടുന്ന ഇലക്ട്രോണിനെ ഇവിടെ കൊണ്ടുവരുന്നത് എന്തിനാണ്?
ഉത്തരം ക്വാണ്ടം മെക്കാനിക്സാണ്!! സൂക്ഷ്മതലത്തിൽ പദാർത്ഥ കണങ്ങൾ തരംഗങ്ങളെപ്പോലെ പെരുമാറും എന്ന് ക്വാണ്ടം ഫിസിക്സ് പറയുന്നു. ഇത് അവിശ്വസനീയമായി തോന്നുന്നവർക്കുള്ള അസ്സല് തെളിവാണ് ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പ് ചിത്രങ്ങൾ. ഇലക്ട്രോണുകളെന്ന സൂക്ഷ്മകണങ്ങളുടെ തരംഗസ്വഭാവം ചൂഷണം ചെയ്താണ് ഈ സാങ്കേതിക വിദ്യ പ്രവർത്തിക്കുന്നത്. സാധാരണ പ്രകാശത്തിന് പകരം ഇലക്ട്രോണുകളെ ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ വളരെയധികം കൂടുതൽ റെസല്യൂഷനിലുള്ള ചിത്രങ്ങൾ നമുക്ക് പകർത്താനാകും. റെസല്യൂഷൻ എന്നാൽ ഒരു ചിത്രത്തിൽ തിരിച്ചറിയാവുന്ന ഏറ്റവും ചെറിയ അകലത്തിന്റെ (separation) ഒരു അളവാണ്. എത്രത്തോളം അടുത്തടുത്തിരിക്കുന്ന രണ്ട് പോയിന്റുകൾ നമുക്ക് വേർതിരിച്ചറിയാൻ സാധിക്കുന്നുണ്ടോ, അത്രത്തോളം ആ ചിത്രത്തിന് റെസല്യൂഷൻ കൂടുതലാണ് എന്ന് പറയും. പ്രകാശം ഒരു വസ്തുവുമായി ഇടപെടുമ്പോഴാണ് നമുക്കിതിനെ കാണാനോ ചിത്രമെടുക്കാനോ സാധിക്കുന്നത് എന്നറിയാമല്ലോ. പക്ഷേ ഇവിടെ ഒരു പ്രശ്നമുണ്ട്. പ്രകാശം വസ്തുക്കളിൽ തട്ടുമ്പോൾ സംഭവിക്കുന്ന അനിവാര്യമായ ഒരു പ്രതിഭാസമാണ് ഡിഫ്രാക്ഷൻ. അതിന്റെ തരംഗസ്വഭാവം കാരണം തടസ്സങ്ങളെ ചുറ്റിസഞ്ചരിക്കാൻ അത് കാണിക്കുന്ന പ്രവണതയാണ് ഇതിന് കാരണം. പ്രകാശത്തിന്റെ തരംഗദൈർഘ്യത്തിനോട് താരതമ്യം ചെയ്യാവുന്ന വലിപ്പമുള്ള തടസ്സങ്ങളാണെങ്കിൽ അതിന്റെ പല ഭാഗത്ത് നിന്ന് വളഞ്ഞ് വരുന്ന തരംഗങ്ങൾ തമ്മിൽ കൂടിക്കലരുകയും ഇടവിട്ട പാറ്റേണുകൾ രൂപം കൊള്ളുകയും ചെയ്യും. ഒരു സീഡിയിൽ കാണുന്ന മഴവിൽ വർണങ്ങൾ, അതിന്റെ സൂക്ഷ്മമായ ട്രാക്കുകളിൽ പ്രകാശത്തിന് സംഭവിക്കുന്ന ഡിഫ്രാക്ഷനാണ്. നിങ്ങളുടെ കൈവിരലുകൾ അടുക്കിപ്പിടിച്ച് അതിലെ ചെറിയ വിടവിലൂടെ ഏതെങ്കിലും ബൾബിലേയ്ക്ക നോക്കൂ. വിടവിനുള്ളിൽ അതിന് നെടുകേ നേരിയ കറുത്ത വരകൾ കാണാൻ സാധിയ്ക്കും. ഇതും ഡിഫ്രാക്ഷന്റെ കളി തന്നെ. വളരെ ചെറിയ വസ്തുക്കളുടെ ഫോട്ടോ എടുക്കുമ്പോൾ ഇതൊരു ശല്യമാകും. അടുത്തടുത്ത പോയിന്റുകൾ തമ്മിൽ വേർതിരിക്കാനാവാത്ത വിധം അവയിൽ നിന്നുള്ള പ്രകാശം കൂടിക്കലർന്നുപോകും. 

പ്രകാശത്തിന്റെ തരംഗദൈർഘ്യം കുറയ്ക്കുക വഴി ഈ പ്രശ്നം ഒഴിവാക്കാമെന്ന് മനസിലായില്ലേ? ഉപയോഗിക്കുന്ന തരംഗദൈർഘ്യം കുറയും തോറും കിട്ടുന്ന റെസല്യൂഷൻ കൂടും. പക്ഷേ ഇതിന് ഒരു പരിമിതിയുണ്ട്. പ്രകാശത്തിന്റെ തരംഗദൈർഘ്യം 700 nm-ൽ നിന്ന് 400 nm-ആകുമ്പോഴേയ്ക്കും അത് ചുവപ്പിൽ നിന്ന് നീല നിറത്തിലേയ്ക്ക് മാറുകയും, പിന്നെയും കുറയ്ക്കുന്ന പക്ഷം അത് അദൃശ്യമായ അൾട്രാവയലറ്റ് കിരണങ്ങളായി മാറുകയും ചെയ്യും. അവിടെയാണ് ഇലക്ട്രോണുകൾ രക്ഷയ്ക്കെത്തുന്നത്. അവയുടെ തരംഗദൈർഘ്യം ദൃശ്യപ്രകാശത്തെ അപേക്ഷിച്ച് ഒരു ലക്ഷം മടങ്ങെങ്കിലും കുറവാണ്. (പദാർത്ഥ കണങ്ങളുടെ തരംഗസ്വഭാവം പ്രകടമാകാത്തത്, പിണ്ഡം കൂടുന്നതിനനുസരിച്ച് തരംഗദൈർഘ്യം കുറയുന്നതിനാലാണല്ലോ: ഇത് ‘വലിയവയുടേയും ചെറിയവയുടേയും വിചിത്രലോകങ്ങൾ’ എന്ന പ്രഭാഷണത്തിൽ വിശദീകരിച്ചിരുന്നു). ഇതാണ് ഇലക്ടോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പിന്റെ കണ്ടുപിടിത്തത്തിലേയ്ക്ക് നയിച്ചത്. പ്രകാശത്തിന് പകരം ഇലക്ട്രോൺ തരംഗങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുക വഴി റെസല്യൂഷൻ നന്നായി കൂടുകയും അത് വഴി ലക്ഷക്കണക്കിന് മടങ്ങ് വലുതാക്കി ചിത്രമെടുക്കാൻ സാധിയ്ക്കുകയും ചെയ്യും. ഇലക്ട്രോണുകളെ ആറ്റങ്ങളിൽ നിന്നും പറിച്ചെടുക്കുക, അവയെ ഫോക്കസ് ചെയ്യുക, കണ്ണിന് കാണാനോ സ്വീകരിക്കാനോ പോലും സാധിയ്ക്കാത്ത തരംഗങ്ങളെ ഡിറ്റക്റ്റ് ചെയ്ത് ഫോട്ടോഗ്രാഫാക്കുക തുടങ്ങി നിരവധി സാങ്കേതിക വെല്ലുവിളികൾ ഈ പ്രക്രിയയിൽ ഉണ്ടെന്ന് ഊഹിക്കാമല്ലോ. അതുകൊണ്ട് തന്നെ അതിത്തിരി ചെലവേറിയ ഒന്നാണ്. വലിയ ഗവേഷണസ്ഥാപനങ്ങൾക്കൊക്കെയേ ആ ചെലവ് വഹിക്കാനാകൂ.

ഇനി ഇന്റർനെറ്റിൽ ഇത്തരം ചിത്രങ്ങൾ കാണുന്നവരോടുള്ള ഒരു മുന്നറിയിപ്പ് കൂടി- ഇലക്ടോൺ തരംഗങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ അത് പതിക്കുന്ന വസ്തുവിന്റെ നിറത്തെക്കുറിച്ചുള്ള വിവരങ്ങൾ നമുക്ക് ലഭ്യമാകില്ല. അതായത്, ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ് ചിത്രങ്ങൾ greyscale (black & white) ആയിട്ടാണ് കിട്ടുന്നത്. നമ്മൾ കാണുന്ന ഭംഗിയുള്ള കളർ ചിത്രങ്ങളെല്ലാം തന്നെ കൃത്രിമമായി കളർ ചെയ്യപ്പെട്ടതാണ്. വ്യക്തത കൂട്ടാനോ, ഭംഗി കൂട്ടാനോ ഒക്കെ ഇത് ചെയ്യാറുണ്ട്. കൂടുതൽ സെൻസറുകൾ ഉപയോഗിച്ച്, വസ്തുവിന്റെ രാസസ്വഭാവം മനസിലാക്കി അതിനനുസരിച്ച് false-colour കൊടുക്കുന്ന രീതിയും നിലവിലുണ്ട്. ഈ പോസ്റ്റിനോടൊപ്പമുള്ള ചിത്രം, എന്റെ ലബോറട്ടറിയിലെ മെഷീനിലെടുത്ത greyscale ചിത്രത്തെ പരിമിതമായ ഫോട്ടോഷോപ്പ് കഴിവ് ഉപയോഗിച്ച് ഞാൻ തന്നെ കളറാക്കി എടുത്തതാണ്.