Işık Mikroskopları Tuhaf Bir Kuantum Hilesi Kullanarak Her zamankinden Daha Küçük Görüyor : ScienceAlert

Işık mikroskoplarının çözünürlüğü, kuantum fiziğindeki yaygın bir fenomenin akıllıca kullanılması sayesinde büyük bir artış sağladı.

Dolaşmış ışığı farklı yollara göndererek ve dalgalarını yeniden birleştirerek, hassas nesnelere her zamankinden daha yakından bakmak, ışığın enerjisini önemli ölçüde artırmanın olağan komplikasyonu olmadan çözünürlüklerini etkili bir şekilde ikiye katlamak mümkündür.

Tesadüfen kuantum mikroskobu (QMC) olarak adlandırılır ve ABD’deki California Institute of Technology’den (Caltech) araştırmacılar tarafından geliştirildi ve bunun, hastalığı bulmak veya yayılmasını incelemek için dokuların ve biyomoleküllerin incelenmesine özellikle uygun olduğunu söylüyorlar.

“Geliştirilmiş hız, geliştirilmiş kontrast-gürültü oranı, daha güçlü kaçak ışık direnci, süper çözünürlük ve düşük yoğunluklu aydınlatmanın birleşimi, QMC’yi biyogörüntülemeye doğru güçlendiriyor.” araştırmacılar yazmak yakın zamanda yayınlanan makalelerinde.

kuantum dolaşıklığı gözlemlenmeden önce paylaşılan bir geçmişe sahip nesneler arasında var olan korelasyonları tanımlar. Bir mağazadan satın alınan iki ayakkabının bir sağ ayağa ve bir sol ayağa uyması gibi, parçacıklar da çeşitli şekillerde matematiksel olarak ilişkilendirilebilir.

Yalnızca bir kuantum sisteminde, ayakkabılar ve elektronlar gibi şeyler, gözlemlenene kadar bu durumların hiçbirinde tam olarak yerleşmezler. Bunlar, en iyi şekilde bir belkiler dalgası olarak tanımlanan olasılıklardır.

QMC’de söz konusu parçacıklar, bir çift halinde dolaştıktan sonra bifotonlar olarak bilinen fotonlar veya hafif parçacıklardı.

Bu, β-baryum borattan (BBO) yapılan özel bir kristal türü aracılığıyla yapıldı. Lazer ışığı kristalin içinden geçirildiğinde, fotonların çok küçük bir kısmı – sadece milyonda bir – bifotonlara dönüştürülür. Araştırmacılar daha sonra aynalar, mercekler ve prizmalardan oluşan bir ağ aracılığıyla bifotonları yeniden ayırabildiler.

Bir foton incelenmekte olan materyalden gönderilirken, diğer foton analiz edilir. Dolaşık olarak, her iki fotonda ölçülen korelasyonlar, eşinin yolculuğu hakkında da bir şeyler söyleyecektir. Hayalet görüntüleme adı verilen oldukça yeni bir başka teknolojinin temelidir.

Yine de bu karmaşık ikili eylemin başka bir numarası daha var. Bifotonlar, fotonların iki katı momentuma sahiptir, bu da dalga boylarının yarıya indirildiği anlamına gelir. Işığın dalga boyunun yarısı, ışık mikroskobu için daha yüksek bir çözünürlük anlamına gelir.

Normalde, daha kısa dalga boylarına sahip ışık ayrıca daha fazla enerji taşır ve bu da belirli bir noktada incelenen hücrelere zarar verebilir. Zararsız, uzun radyo dalgaları ile DNA’yı parçalayabilen ve güneş yanığına neden olabilen daha güçlü, kısa uzunluktaki ultraviyole (UV) ışınları arasındaki farkı düşünün.

Bu durumda, dolaşıklık işlemi etkili bir şekilde dalga boyunu yarıya indirirken, tek tek fotonların enerjisini artırmaz.

“Hücreler UV ışığını sevmez” diyor Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü’nden (Caltech) tıp mühendisi Lihong Wang. “Fakat hücreyi görüntülemek için 400 nanometre ışık kullanabilirsek ve UV olan 200 nm ışığın etkisini elde edebilirsek, hücreler mutlu olacak ve UV’nin çözünürlüğünü elde ediyoruz.”

Görüntülemeyi hızlandırma ve daha fazla fotonu birbirine karıştırabilme ve çözünürlüğü daha da artırma dahil olmak üzere, bu sistemde iyileştirmeye yer var. Bununla birlikte, daha fazla foton eklemek, bir dolaşıklık elde etme olasılığının – zaten milyonda bir – daha da düşeceği anlamına gelir.

Dolaşma, çevre ile etkileşimler tarafından kolayca bozulduğu için, bir sistemdeki fotonların sayısını artırmak, tek tek fotonların birbirleriyle değil, çevre ile etkileşime girme olasılığını artırır.

Bifoton görüntüleme yapılırken daha önce denedimyeni kurulumun arkasındaki araştırmacılar süreç boyunca çeşitli iyileştirmeler yaptılar ve onu pratik olarak test ettiler – bu da onu türünün en umut verici tekniklerinden biri haline getirdi.

“Titiz bir teori olduğuna inandığımız şeyin yanı sıra daha hızlı ve daha doğru bir dolaşıklık ölçüm yöntemi geliştirdik.” diyor Wang. “Mikroskobik çözünürlüğe ve görüntülü hücrelere ulaştık.”

Araştırma yayınlandı Doğa İletişimi.