Lumina vizibilă reprezintă acea parte a radiației electromagnetice care poate fi detectată de ochiul uman. Întregul spectru electromagnetic este extrem de larg, de la unde radio cu energie scăzută, a căror lungime de undă este de ordinul metrilor, până la raze gama cu energie ridicată, a căror lungime de undă este mai mică de 1×10-11 metri.
După cum îi sugerează cu numele, radiația electromagnetică descrie fluctuațiile câmpurilor electric și magnetic, care transportă energia cu viteza luminii (aproximativ 300.000 de kilometri pe oră în vid).
Lumina poate fi descrisă și sub formă de flux de fotoni – pachete de energie lipsite de masă -, fiecare foton având proprietăți de undă și călătorind cu viteza luminii. Un foton reprezintă cea mai redusă cantitate de energie (cuantă) ce poate fi transportată.
Lumina vizibilă nu este în mod inerent diferită de celelalte părți ale spectrului electromagnetic, cu excepția faptului că ochiul uman poate detecta undele vizibile. De fapt, aceasta corespunde doar unei ferestre foarte înguste a spectrului electromagnetic, variind de la aproximativ 400 nm pentru lumina violet până la 700 nm pentru lumina roșie.
Diagrama spectrului electromagnetic. | Ilustrație: NASA (CC BY-SA 3.0)
Radiațiile cu lungimea de undă mai mică de 400 nm sunt denumite ultraviolete (UV), iar radiațiile cu lungimea de undă mai mare de 700 nm sunt denumite infraroșii (IR); niciuna dintre acestea nu poate fi detectată de ochiul uman. Cu toate acestea, detectoarele științifice avansate, cum ar fi cele fabricate de Andor, pot fi utilizate pentru a detecta și măsura fotonii dintr-o gamă mult mai largă a spectrului electromagnetic și, de asemenea, până la cantități mult mai mici de fotoni (adică niveluri de lumină mult mai slabe) decât ochiul uman poate detecta.
Cum interacționează lumina cu materia?
Faptul că oamenii pot vedea lumina nu este un accident. Lumina este principalul mijloc prin care percepem lumea din jurul nostru. Din punct de vedere științific, detectarea luminii este o metodă foarte puternică pentru a sonda universul. Pe măsură ce lumina interacționează cu lumina, ea suferă modificări, iar prin studierea acestor modificări pot fi determinate proprietățile materiei respective. De exemplu, prin studierea luminii putem înțelege compoziția stelelor și a galaxiilor aflate la mulți ani-lumină depărtare sau putem urmări în timp real procesele fiziologice din celulele vii.
Materia este compusă din atomi, ioni sau molecule și tocmai interacțiunile lor cu lumina dă naștere diferitelor fenomene care ne pot ajuta să înțelegem natura materiei. Atomii, ionii sau moleculele au niveluri de energie definite, de obicei asociate cu nivelurile de energie pe care electronii din materie le pot deține. Lumina poate fi uneori generată de materie sau, mai frecvent, un foton de lumină poate interacționa cu nivelurile de energie în mai multe moduri.
Cum putem studia materia cu ajutorul luminii?
Deoarece fotonii absorbiți sau emiși de materie au o energie caracteristică, atunci când lumina care a interacționat cu materia este împărțită ulterior în lungimile de undă constitutive folosind un spectrograf, semnătura spectrală rezultată de spune o sumedenie de lucruri despre materia în sine.
Domeniul larg al spectroscopiei constituie o multitudine de tehnici spectroscopice, cum ar fi spectroscopia Raman, spectroscopia de absorbție/transmisie/reflexie, spectroscopia atomică, spectroscopia de degradare indusă cu laser (LIBS) și spectroscopia de absorbție tranzitorie, oferind o mulțime de informații utile despre proprietățile științifice ale atomilor și moleculelor, precum și posibilitatea de a identifica foarte specific prezența și cuantificarea cantității de materie dintr-o probă.
Sursa: Oxford Instruments/ANDOR