En 1670, Isaac Newton a démontré la nature composée de la lumière du soleil en envoyant un rayon de soleil soigneusement orienté à travers un prisme, qui a dispersé la lumière dans un arc-en-ciel de couleurs ; en faisant passer un faisceau de couleur unique à travers un deuxième prisme, Newton a prouvé que la couleur n'était pas déterminée par le prisme mais était intrinsèque à la lumière elle-même. Désormais, à l'aide du
Advanced Photon Source du Laboratoire National d'Argonne, dans l'Illinois, des physiciens ont décomposé un faisceau de rayons X (qui ne sont, après tout, qu'une version plus énergétique de la lumière visible) en un arc-en-ciel de "couleurs-X".
(a) La lumière blanche qui sort du prisme s'étale
en une multitude de faisceaux colorés,
reproduisant les couleurs de l'arc-en-ciel
(b) Un faisceau de rayons X se décompose en ses "couleurs-X" constitutives
par diffraction de Bragg à travers un cristal dont les plans atomiques
sont orientés d'un certain angle par rapport à la surface du cristal La réfraction des rayons X par une surface est difficile à obtenir parce que les longueurs d'onde X sont environ 10 000 fois plus courtes que celles de la lumière visible. Les angles ne dépassent habituellement pas quelques dixièmes de degré et le faisceau de rayons X est excessivement peu étalé suivant les longueurs d'onde. Cependant, un autre phénomène, appelé la diffraction de Bragg, intervient et permet la dispersion des rayons X sur de plus grands angles ; les rayons X entrants ne sont alors plus juste décomposés par une couche supérieure d'atomes dans le cristal mais par de nombreux plans atomiques. De plus, si les plans atomiques ne sont pas parallèles à la surface du cristal, le faisceau de rayons X diffracté sera étendu comme par un prisme en ses longueurs d'onde constitutives (ou ses "couleurs").
Dans l'expérience, un faisceau entrant de photons X de 9 kiloelectronvolts et d'une diffusion angulaire de seulement 1 microradian (0,2 secondes d'arc) a été décomposé en un arc-en-ciel de rayons X s'étalant sur 230 microradians.
Le physicien Yuri Shvyd'ko, du laboratoire d'Argonne, précise que son arc-en-ciel n'est pas seulement une originalité mais qu'il pourrait avoir de nombreuses applications pratiques dans les systèmes optiques à rayons X . Ces applications incluent la compression des impulsions de rayons X dans le temps, le développement des monochromateurs de rayons X (qui produisent des faisceaux X de longueur d'onde ou "couleur" pure) ou encore l'élaboration de spectromètres à rayons X à haute résolution.