Разрешение световых микроскопов значительно возросло благодаря умелому использованию распространенного явления в квантовой физике.
Направляя запутанные световые потоки по разным путям и рекомбинируя их волны, можно наблюдать на деликатные объекты ближе, чем когда-либо прежде, эффективно удваивая их разрешение без обычных осложнений резкого увеличения энергии света.
Этот метод называется квантовой микроскопией по совпадению (QMC) и был разработан исследователями из Калифорнийского института технологий (Калифорнийский технологический институт) в США, которые говорят, что они особенно хорошо подходят для исследования тканей и биомолекул с целью выявления болезней или изучения их распространения.
«Сочетание улучшенной скорости, улучшенного отношения контраста к шуму, более надежной защиты от рассеянного света, сверхвысокого разрешения и низкоинтенсивного освещения расширяет возможности QMC в области биовизуализации», исследователи пишут в своей недавно опубликованной статье.
Квантовая запутанность описывает корреляции, существующие между объектами, имеющими общую историю, до момента их наблюдения. Точно так же, как две туфли, купленные в магазине, соотносятся так, чтобы они подходили для правой и левой ноги, частицы также могут быть математически соотнесены различными способами.
Только в квантовой системе такие вещи, как обувь и электроны не останавливайтесь ни на одном из этих состояний, пока их не наблюдаете. Это всего лишь вероятности, которые лучше всего описать как волну вероятностей.
В QMC участвующими частицами были фотоны или частицы света, которые называются бифотонами, если они запутались в паре.
p>
Это было сделано с помощью специального кристалла из β-бората бария (BBO). Когда лазерный свет проходит через кристалл, очень небольшая часть фотонов — всего около одного на миллион — преобразуется в бифотоны. Затем исследователи снова смогли разделить бифотоны с помощью сети зеркал, линз и призм.
Один фотон проходит через изучаемый материал, а другой фотон анализируется. Будучи запутанным, корреляции, измеренные в любом фотоне, также могут что-то сказать о путешествии его партнера. Это основа другой довольно новой технологии, называемой фантомным изображением.
Однако у этого запутанного двойного действия есть еще одна хитрость в рукаве. Бифотоны имеют в два раза больший импульс, чем фотоны, что также означает, что их длины волн уменьшены вдвое. Половина длины волны света, в свою очередь, означает более высокое разрешение для светового микроскопа.
Обычно свет с более короткими длинами волн также несет больше энергии, что в определенный момент может повредить изучаемые клетки. Подумайте о разнице между безвредными длинными радиоволнами и более мощными короткими ультрафиолетовыми (УФ) лучами, которые могут разрушить ДНК и вызвать солнечные ожоги.
В этом случае процесс запутывания эффективно сокращает вдвое Длина волны не увеличивает энергию отдельных фотонов.
«Клеткам не нравится ультрафиолетовый свет», — говорит инженер-медик Лихонг Ван из Калифорнийского технологического института (Калифорнийский технологический институт). «Но если мы сможем использовать 400-нанометровый свет для изображения клетки и добиться эффекта 200-нм света, то есть УФ, клетки будут счастливы, и мы получим разрешение УФ».
В этой системе также есть возможности для улучшения, в том числе для ускорения визуализации и возможности связывания большего количества фотонов вместе, что еще больше увеличивает разрешение. Однако добавление большего количества фотонов означает, что вероятность возникновения запутанности — уже одна на миллион — снизится еще больше.
Поскольку запутанность легко разрушается при взаимодействии с окружающей средой, увеличение числа фотонов в система увеличивает вероятность того, что отдельные фотоны будут взаимодействовать с окружающей средой, а не друг с другом.
Хотя бифотонное изображение уже опробовалось ранее, исследователи новой установки внесли несколько улучшений на протяжении всего процесса и протестировали его. на практике, что делает его одним из самых многообещающих методов в своем роде.
«Мы разработали то, что, по нашему мнению, является строгой теорией, а также более быстрый и точный метод измерения запутанности», — говорит Ван. «Мы достигли микроскопического разрешения и визуализировали клетки».
Исследование опубликовано в Nature Communications.
Пара верхних кварков была обнаружена в детрите, распыляющемся из-за столкновения двух атомов свинца. Обнаружение укрепляет…
Amazon готовится запустить свою первую полную партию спутников Project Kuiper на следующей неделе, отмечая решающую…
Квантовая машина использовала запутанные кубиты для создания числа, сертифицированного как по-настоящему случайное впервые, демонстрируя удобную…
материя и антивещество должны были полностью уничтожить друг друга назад, оставив вселенную очень пустое место.…
Еще раз, Марс подарил нам пример чего -то, что, кажется, в изобилии: чрезвычайно необычные и…
Одним из распространенных заблуждений о черных дырах является то, что они поглощают не только значение,…