Использование давно известного феномена квантовой физики позволило инженерам удвоить разрешение световых микроскопов. Рассказываем, в чём состоит фокус.
Группа учёных из Калифорнийского технологического института придумала, как продвинуть возможности микроскопии благодаря квантовой запутанности.
Поясню, что световые микроскопы не позволяют рассмотреть детали изучаемых объектов, которые меньше половины длины волны света, используемого микроскопом.
То есть, если мы захотим рассмотреть какой-то объект, допустим, в зелёном свете, длина волны которого составляет около 500 нм, то мы не сможем видеть детали размером менее 250 нанометров.
Чисто гипотетически разглядеть нечто меньшее можно, если взять свет с меньшей длиной волны: голубой, синий, фиолетовый... Но дальше уйти не получится. Потому что, чем меньше длина волны света (излучения), тем большую энергию он несёт. Именно поэтому ультрафиолетовый свет, идущий в спектре вслед за фиолетовым опасен для живой клетки. Так мы получаем ожоги, когда слишком долго загораем (обилие ультрафиолета повреждает наши клетки кожи и не только).
Следом за ультрафиолетом в спектре идёт рентгеновское и гамма-излучение. Опасность того и другого для всего живого известна каждому школьнику.
Как же нам обойти ограничения, которые таит длина света с меньшей длиной волны? Учёные придумали, как подключить к решению проблемы квантовую запутанность.
Квантовая запутанность — это явление, при котором две частицы, разведённые на любое расстояние, ведут себя "связанным" образом. Они будто бы чувствуют друг друга даже на огромном расстоянии и ведут себя "согласованно". Это явление Альберт Эйнштейн назвал жутким действием на расстоянии, потому что даже его теория относительности не могла это объяснить.
Квантовой теория полагает, что квантово запутать можно любой тип частиц. В этот раз учёные из США запутали между собой частицы света фотоны. Эти "парочки" ведут себя в некотором роде как одна частица. И она имеет вдвое больший импульс, чем одиночный фотон. Почему так важен некий импульс, объясняю дальше.
Квантовая механика гласит: все частицы также являются волнами, а длина волны обратно пропорциональна импульсу частицы. Итого: частицы с вдвое большим импульсом имеют вдвое меньшую длину волны. А именно этом нам и нужно!
Длина волны квантово запутанных фотонов вдвое меньше, чем у отдельных фотонов. Красота да и только!
Обычный световой микроскоп может отображать только те особенности объекта, минимальный размер которых составляет половину длины волны света, используемого микроскопом. А новый микроскоп на квантово запутанных фотонах может разглядеть вдвое более мелкие объекты, что и приводит к увеличению разрешения также вдвое.
При этом фотоны имеют вдвое более низкую энергию и не повреждают изучаемые объекты.
"Клеткам не нравится ультрафиолетовый свет, — поясняет профессор Лихун Ван из Калтеха. — Но мы сможем использовать 400-нанометровый свет для изображения клетки и добиться эффекта 200-нм света, то есть ультрафиолета. Клетки будут счастливы, а мы получим разрешение как при использовании ультрафиолета".
Статья учёных с описанием метода, которым они достигли квантовой запутанности, была опубликована в открытом доступе в журнале Nature Communications.
Мы пишем о самых выдающихся достижениях науки, суперсовременных технологиях и их внедрении в нашу жизнь, рассказываем о том, каким будет будущее человечества.
Если вам нравятся наши новости, подписывайтесь на наш канали не забывайте ставить лайки. Эти нехитрые действия помогают нам в развитии и сборе средств для финансирования проекта.
Также наши сообщества есть в Telegram, Twitter*, ВК, Facebook*, "Одноклассниках". Приходите, если вы бываете там чаще, чем на Дзене.
* заблокированы или запрещены в РФ.