میکروسکوپ کوانتومی وضوح تصاویر را ۲ برابر می کند

محققان دانشگاه کل تک یک میکروسکوپ کوانتومی ابداع کرده اند که قوانین عجیب کوانتوم را بررسی می کند تا جزئیات دقیق را با وضوح بیشتری ببیند.

به گزارش خبرگزاری مهر به نقل از نیواطلس،آنها با استفاده از فوتون های درهم تنیده در ابزارها وضوح تصاویر را بدون آسیب به نمونه ۲ برابر می کنند.

یکی از محدودیت های کلیدی میکروسکوپ ها آن است که ابزارهای مذکور فقط می توانند تصاویری از اشیا یا جزئیاتی ثبت کنند که در نصف طول موج نور به کار رفته اند. بنابراین برای میکروسکوپ‌های نوری، جزئیات تا حدود ۲۰۰ نانومتر قابل مشاهده هستند. استفاده از فوتون‌هایی با طول موج‌های کوتاه‌تر، مانند اشعه ماوراء بنفش می‌تواند به میکروسکوپ‌ها اجازه دهد نزدیک‌تر نگاه کنند.

البته در اینجا نکته مهمی وجود دارد، هرچه طول موج کوتاهتر باشد، میزان انرژی بالاتر است بنابراین زمانیکه فرد به مقیاسی می رسد، فوتون ها برای عکس گرفتن از نمونه به آن آسیب رسانده یا حتی آن را ویران کرده اند.

اما میکروسکوپ کوانتومی محققان کل تک با کمک ویژگی های فیزیک کوانتومی از چنین فرایندی جلوگیری می کند.

درهم تنیدگی یک پدیده عجیب است که در آن یک یا ۲ ذره را می توان طوری در هم پیچید که توصیف یکی بدون دیگری امکانپذیر نباشد. در این تحقیق محققان ۲ ذره فوتون را در یک واحد به نام «بی فوتون»(biphoton) درهم تنیدند که مانند یک فوتون با انرژی کمتر و نصف طول موج کار می کند.

لیهونگ وانگ محقق ارشد پژوهش در این باره می گوید: سلول ها مانند اشعه ماورابنفش عمل نمی کنند. اما اگر بتوان از نور ۴۰۰نانومتری برای تصویربرداری سلول استفاده کرد و به تاثیرگذاری نور ۲۰۰ نانومتری( اشعه ماوربنفش) رسید، سلول ها خوشحال خواهند بود و ما وضوح بهتری از اشعه مذکور به دست می آوریم.

برای این منظور باید تنظیمات نوری خاصی را ایجاد کرد. نخست نور لیزر باید از طریق یک کریستال که برخی فوتون ها به «بی فوتون» تبدیل می کند، گذر کند. جفت فوتون های درهم تنیده در مرحله بعد از هم جدا می شوند و به مسیرهای موازی فرستاده می شوند. یکی از فوتون ها از طریق نمونه ای که تصویر برداری شده، گذر و دیگری از آن اجتناب می کند. پس از آن فوتون ها به سمت ردیاب ها می روند و در آنجا داده ها آنالیز و سپس یک تصویر ساخته می شود.

آزمایش های تیم محققان نشان داد تکنیک برای تصویربرداری سلول بدون ویران کردن آنها امکان پذیر است و «تست چشمی» را با موفقیت پشت سر می گذارد، در این آزمایش خطوطی با عرض های مختلف در مقیاس میکرومتر نشان داده می شوند تا مشخص شود ابزارها چگونه می توانند بین آنها تمایز قائل شوند.

از سوی دیگر در روش میکروسکوپ کوانتومی وضوح ۲ برابر تست معمول با استفاده از فوتون های عادی بود. این روش بسیار بهتر از آزمایش های میکروسکوپ کوانتومی است که فقط توانسته اند وضوح را تا ۳۵ درصد افزایش دهند.

یکی از چالش های این فرایند آن بود که «بی فوتون ها» به ندرت ایجاد می شوند و ذرات کریستال نیز میان هر یک میلیون فوتون فقط یک نمونه از آن را می سازند. البته چنین لیزرهایی می توانند با هر پالس تعداد فوتون بیشتری بسازند.

این تحقیق در ژورنال« نیچر کامونیکیشنز» منتشر شده است.