It-tħabbil kwantiku tal-fotoni jirdoppja r-riżoluzzjoni tal-mikroskopju
Bl-użu ta 'fenomenu "stramb" tal-fiżika kwantistika, ir-riċerkaturi ta' Caltech skoprew mod biex jirdoppjaw ir-riżoluzzjoni tal-mikroskopji tad-dawl.
F'dokument ippubblikat fil-ġurnal Nature Communications, tim immexxi minn Lihong Wang, il-Professur Bren tal-Inġinerija Medika u l-Inġinerija Elettrika, juri qabża 'l quddiem fil-mikroskopija permezz tal-hekk imsejjaħ quantum entanglement. It-tħabbil kwantiku huwa fenomenu li fih żewġ partiċelli huma marbuta sabiex l-istat ta 'waħda jikkorrelata mal-istat tal-ieħor, irrispettivament minn jekk il-partiċelli humiex qrib xulxin. Albert Einstein sejjaħ it-taħbil quantum "azzjoni spooky f'distanza" għaliex ma setax jiġi spjegat mit-teorija tiegħu tar-relattività.
Skont it-teorija tal-quantum, kwalunkwe tip ta 'partiċella tista' titħabbel. Fit-teknika ġdida tal-mikroskopija ta 'Wang, imsejħa mikroskopija kwantistika ta' koinċidenza (QMC), il-partiċelli mħabblin huma fotoni. B'mod kollettiv, żewġ fotoni mħabblin jissejħu żewġ fotoni, u importanti għall-mikroskopju ta 'Wang, iġibu ruħhom f'xi modi bħala partiċella waħda bid-doppju tal-momentum ta' foton wieħed.
Peress li l-mekkanika kwantistika tgħid li l-partiċelli kollha huma wkoll mewġ, u l-wavelength ta 'mewġ huwa inversament proporzjonali għall-momentum tal-partiċella, il-partiċella bil-momentum għandha wavelength iżgħar. Għalhekk, peress li żewġ fotoni għandu d-doppju tal-momentum ta 'foton, għandu nofs il-wavelength ta' foton wieħed.
Dan huwa essenzjali għall-mod kif jaħdem QMC. Il-mikroskopji jistgħu immaġinaw biss karatteristiċi fuq oġġetti li l-iżgħar daqs tagħhom huwa nofs il-wavelength tad-dawl użat mill-mikroskopju. It-tnaqqis tal-wavelength ta 'dan id-dawl ifisser li l-mikroskopju jista' jara affarijiet iżgħar, u jtejjeb ir-riżoluzzjoni.
It-tħabbil kwantiku mhuwiex l-uniku mod biex jitnaqqas il-wavelength tad-dawl użat fil-mikroskopji. Pereżempju, dawl aħdar għandu wavelength iqsar minn dawl aħmar, u dawl vjola għandu wavelength iqsar minn dawl aħdar. Iżda minħabba xi ħaġa oħra tal-fiżika kwantistika, dawl b'wavelengths iqsar iġorr aktar enerġija. Mela ladarba tkun espost għad-dawl b'wavelength żgħir biżżejjed biex tiddeskrivi affarijiet żgħar, id-dawl iġorr tant enerġija li jista 'jagħmel ħsara lill-oġġett li qed jiġi immaġinat, speċjalment affarijiet ħajjin bħaċ-ċelloli. Dan huwa għaliex ir-raġġi ultravjola (UV) ta' wavelength qasir ħafna jistgħu jagħtuk ħruq mix-xemx.
Din il-limitazzjoni tiġi evitata bl-użu ta 'żewġ fotoni, li jġorru l-enerġija aktar baxxa tal-foton ta' tul ta 'mewġ itwal, filwaqt li fl-istess ħin ikollhom il-wavelength iqsar tal-foton ta' enerġija ogħla.
"Iċ-ċelloli ma jħobbux dawl UV," qal Wang. "Madankollu, jekk nistgħu nimmaġinaw iċ-ċelloli bl-użu ta' 400-dawl nanometru u niksbu l-effett ta' 200-dawl nanometru, li huwa dawl ultravjola, iċ-ċelloli jkunu kuntenti u niksbu riżoluzzjoni ultravjola.
Biex jinkiseb dan, it-tim ta 'Wang bena apparat ottiku li jiddi dawl tal-lejżer fi kristall speċjali li jikkonverti wħud mill-fotoni li jgħaddu minnu f'żewġ fotoni. Anke ma 'dan il-kristall partikolari, dan is-swiċċ huwa estremament rari, li jseħħ fl-ordni ta' wieħed minn kull miljun fotoni. Bl-użu ta 'serje ta' mirja, lentijiet u priżmi, kull żewġ fotoni - effettivament li jikkonsisti f'żewġ fotoni diskreti - huwa maqsum u shuttled tul żewġ mogħdijiet, sabiex wieħed mill-fotoni paired jgħaddi mill-oġġett li qed jiġi immaġinat u l-ieħor le. .
Il-fotoni li jgħaddu mill-oġġett jissejħu fotoni tas-sinjal, u l-fotoni li ma jgħaddux mill-oġġett jissejħu fotoni idle. Dawk il-fotoni mbagħad ikomplu permezz ta 'aktar ottika sakemm jilħqu detector konness ma' kompjuter li jibni immaġni taċ-ċellula bbażata fuq l-informazzjoni li tinġarr mill-fotoni tas-sinjali. B'mod sorprendenti, minkejja l-preżenza ta 'l-oġġett u l-mogħdijiet separati tiegħu, il-fotoni imqabbda baqgħu mħabblin bħala żewġ fotoni, li ġabu ruħhom f'nofs il-wavelength.
Il-laboratorju mhuwiex l-ewwel wieħed li jinvestiga dan it-tip ta 'immaġini b'żewġ fotoni, iżda huwa l-ewwel li juża l-kunċett biex joħloq sistema ta' ħidma. "Aħna żviluppajna dik li ħsibna li kienet teorija rigoruża u kejl aktar mgħaġġel u preċiż tat-tħabbil. Ksibna riżoluzzjoni mikroskopika u immaġini ċellulari.
Filwaqt li teoretikament m'hemm l-ebda limitu għan-numru ta 'fotoni li jistgħu jitħabblu ma' xulxin, kull foton addizzjonali jkompli jżid il-momentum tal-multiphoton li jirriżulta filwaqt li jkompli jnaqqas il-wavelength tiegħu.
Ir-riċerka futura tista 'tħabbil aktar fotoni, għalkemm jinnota li kull foton addizzjonali tnaqqas aktar il-probabbiltà ta' tħabbil b'suċċess, li diġà hija baxxa daqs wieħed f'miljun, kif imsemmi hawn fuq.
