Ameryka zbuduje pierwszy na świecie kwantowy mikroskop rentgenowski wykorzystujący splątanie kwantowe

Zespół badawczy z Brookhaven National Laboratory opracował zupełnie nowy mikroskop rentgenowski, który w swojej pracy wykorzystuje świat kwantowy do tworzenia „obrazów duchów” biocząsteczek na wysokości pozwolenie. O tym właśnie chcę wam teraz powiedzieć.

Jaka jest istota nowego mikroskopu rentgenowskiego

Bez wątpienia klasyczne mikroskopy rentgenowskie to bardzo przydatne urządzenia, które pozwalają na oglądanie różnych próbek z najwyższą rozdzielczością. Ale jest jedna szczególna cecha: promieniowanie używane w procesie pracy może po prostu zniszczyć wrażliwe próbki, takie jak wirusy, bakterie lub niektóre komórki.

Oczywiście można zmniejszyć intensywność promieniowania do akceptowalnego poziomu, a komórki pozostaną nienaruszone, ale wyrazistość obrazu zostanie znacznie obniżona.

Inżynierowie z Brookhaven National Laboratory (USA) znaleźli sposób na zmniejszenie intensywności promieniowania przy zachowaniu jak największej przejrzystości.

Aby to zrobić, postanowiono wykorzystać dziwactwa świata kwantowego - splątanie kwantowe.

Tak więc w klasycznym mikroskopie rentgenowskim wiązka fotonów przechodzi przez badaną próbkę, a następnie jest zbierana przez detektor po drugiej stronie.

W nowym mikroskopie z zastosowanym wzmocnieniem kwantowym wiązka promieniowania rentgenowskiego jest podzielona na dwie połowy. W tym przypadku tylko jedna połowa przechodzi przez badaną próbkę, ale choć może to zabrzmieć dziwnie, w pomiarach biorą udział obie połówki.

Splątanie kwantowe w akcji

Pytanie jest całkiem logiczne: jak to się stało? A wszystko dzięki takiemu zupełnie niezbadanemu zjawisku, jak splątanie kwantowe. Oznacza to, że dwie cząstki mogą być tak splecione ze sobą, że zmiana jednej z nich doprowadzi natychmiastowa zmiana w innej cząstce i jednocześnie nie ma znaczenia, w jakiej odległości między cząstkami ten moment.

Oznacza to, że wymiana informacji między cząstkami następuje z prędkością znacznie przekraczającą prędkość światła.

Tak więc w przypadku naszego nowego mikroskopu rentgenowskiego rozdzielacz wytwarza pary splątanych fotonów. W tym przypadku jeden z nich przechodzi przez próbkę i przekazuje informacje do detektora zgodnie ze zwykłym schematem.

Ale w momencie zmiany pierwszego fotonu te same zmiany zachodzą w drugim fotonie, który w żaden sposób nie oddziałuje z badanym materiałem. Następnie, gdy drugi foton uderza w detektor, pobierane są z niego dodatkowe informacje, dzięki czemu powstaje wyraźny obraz badanego obiektu.

Choć na pierwszy rzut oka wydaje się to nielogiczne, ale dzięki precyzyjnym obliczeniom matematycznym naukowcom udaje się połączyć informacje z dwóch promieni.

Ten proces nazywa się obrazowaniem duchów i przed nowym opracowaniem był możliwy tylko w przypadku fotonów w widmie światła widzialnego.

Nowy mikroskop będzie pierwszym na świecie, który dostosuje tę technologię do promieniowania rentgenowskiego. W ten sposób, umożliwiając uzyskanie obrazów, wielkość próbek jest mniejsza niż 10 nanometrów i podczas gdy próbki testowe pozostają nienaruszone.

Mikroskop rentgenowski będzie oparty na National Synchronous Light Source II (NSLS-II). A jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, pierwsze zdjęcia można szczegółowo zbadać już w 2023 roku.

Jeśli podobał Ci się materiał, podnieś kciuki i zasubskrybuj. Dziękuję za uwagę!