Новости

Ученые утверждают, что новый квантовый микроскоп обнаруживает структуры, которые раньше невозможно было увидеть

Вы, наверное, видели снимки ученых, смотрящих в микроскоп на объекты, невидимые невооруженным глазом. Действительно, микроскопы необходимы для нашего понимания жизни.

Они так же необходимы для биотехнологии и медицины, например, в исследовании таких заболеваний, как COVID-19. Однако лучшие световые микроскопы натолкнулись на фундаментальный барьер — яркий лазерный свет, используемый для освещения крошечных объектов, также может их разрушить.

В исследовании, опубликованном сегодня в журнале Nature, команда австралийских и немецких исследователей показала, что квантовые технологии предлагают решение. Мы создали квантовый микроскоп, который может мягко исследовать биологические образцы, что позволило нам наблюдать биологические структуры, которые иначе было бы невозможно увидеть.

Создание микроскопа с защитой от повреждений — долгожданная веха в международных планах развития квантовых технологий. Он представляет собой первый шаг в захватывающую новую эру микроскопии и сенсорных технологий в целом.

Проблема лазерных микроскопов.

Микроскоп был изобретен голландским производителем линз Захариасом Янссеном на рубеже XVII века. Изобретение привело к открытию бактерий, клеток и практически всей микробиологии, как мы ее теперь понимаем.

Недавнее изобретение лазеров дало новый интенсивный свет. Это сделало возможным совершенно новый подход к микроскопии. Лазерные микроскопы позволяют нам увидеть биологию с поистине изысканными деталями, в 10 000 раз меньше толщины человеческого волоса. Разработчики были удостоены Нобелевской премии по химии 2014 года и изменили наше понимание клеток и молекул, таких как ДНК, внутри них.

Однако лазерные микроскопы сталкиваются с серьезной проблемой. То самое качество, которое делает их успешными, — их интенсивность — также является их ахиллесовой пятой. Лучшие лазерные микроскопы используют свет в миллиарды раз ярче солнечного света на Земле. Как вы понимаете, это может вызвать серьезные ожоги!

В лазерном микроскопе биологические образцы могут погибнуть за секунды. Вы можете увидеть, как это происходит в реальном времени, на изображении клетки фибробласта ниже.

Квантовый микроскоп избегает этой проблемы. Он использует свойство, называемое квантовой запутанностью, которое Альберт Эйнштейн описал как «жуткое действие на расстоянии».

Запутанность — это необычный вид корреляции между частицами, в нашем случае между фотонами, составляющими лазерный луч. Мы используем его, чтобы научить фотоны, покидающие микроскоп, вести себя прилично, поступая на детектор очень упорядоченным образом. Это снижает шум.

Другим микроскопам необходимо увеличивать интенсивность лазера, чтобы улучшить четкость изображений. Снижая шум, можно улучшить четкость, не делая этого. В качестве альтернативы можно использовать менее интенсивный лазер, чтобы получить такие же характеристики микроскопа.

Ключевой задачей было создание квантовой запутанности, достаточно яркой для лазерного микроскопа. Сделать это удалось, сконцентрировав фотоны в лазерных импульсах длительностью всего несколько миллиардных долей секунды. Это привело к запутанности, которая была в 1000 миллиардов раз ярче, чем ранее использовалась при визуализации.

При использовании в микроскопе спутанный лазерный свет обеспечивал на 35 процентов большую четкость изображения, чем это было возможно без разрушения образца. Ученые использовали микроскоп, чтобы изобразить колебания молекул в живой клетке. Это позволило нам увидеть подробную структуру, которая была бы невидимой при использовании традиционных подходов.

Улучшение можно увидеть на снимках ниже. Снимки, сделанные с помощью квантового микроскопа, показывают молекулярные колебания в части дрожжевой клетки. Левое изображение использует квантовую запутанность, а правое изображение использует обычный лазерный свет. Квантовое изображение более четкое, с заметными областями, где хранятся жиры внутри клетки (темные пятна) и клеточной стенкой (полукруглая структура).

Статья переиздана из The Conversation.

Виктория Ветрова

Космос полон тайн...

Недавние Посты

Самая большая известная галактика имеет размер 1,7 миллиона световых лет, и мы не можем постичь масштабы

Вселенная может творить дикие безумства, особенно когда дело касается масштаба.От гигантских черных дыр до массивных…

22.08.2026

Есть один тип вождения, которого следует избегать, если вы хотите, чтобы аккумулятор вашего электромобиля прослужил в 2,5 раза дольше

Мы все знаем, как неприятно застрять позади неуверенного автомобилиста, но, в конце концов, есть что…

21.08.2026

Большой адронный коллайдер обнаружил атомное ядро ​​в форме кегли для боулинга

Каждый атом материи во Вселенной построен вокруг ядра.Это плотно упакованный пучок протонов и нейтронов, который…

21.08.2026

Этот простой трюк может наконец помочь вам сократить время на телефоне

Статистика того, сколько времени мы проводим, глядя на свои телефоны, позволяет читать отрезвляюще: индивидуальное использование,…

20.08.2026

Квантовая запутанность, возникшая из солнечного света, впервые в истории

Запутывание — один из лучших трюков в волшебном ящике квантовой физики: две частицы, которые при…

20.08.2026

Астрономы обнаружили самую быструю звезду, которую когда-либо видели, движущуюся со скоростью 15 500 миль в секунду

В экстремальных условиях в самом сердце галактики Млечный Путь все может стать немного странным.И под…

20.08.2026