На сетчатке глаза расположены фоторецепторы - восприимчивые к свету нейроны. У большинства млекопитающих они делятся на два типа: палочки и колбочки. Палочки отвечают за восприятие в условиях пониженного освещения (ночное зрение), колбочки — за остроту зрения и цветовосприятие (дневное зрение).
На падающий свет фоторецепторы отвечают увеличением напряжения на разных слоях биологических тканей, из которых состоят. Возникающие электрические импульсы по зрительному нерву поступают в мозг.
Палочки довольно чувствительны: для того, чтобы палочка отреагировала, достаточно одного фотона. Но значит ли это, что глаз может его увидеть? Статистически лишь около 10% фотонов, испускаемых при световой вспышке, воздействуют на оболочку глаза. Остальные рассеиваются в массе глазного яблока и не попадают на сетчатку.
Лягушки
Исследования того, как глаза воспринимают мельчайшие количества света, идут в двух направлениях: in vivo (с живыми системами) и in vitro (в пробирке).
Одни эксперименты устанавливают, как люди в затемнённой комнате реагируют на отдельные фотоны, выпускаемые специальным устройством. Опыты показывают, что шансы заметить единичный фотон действительно есть у более чем половины наблюдателей. Для этого сигнал от фоторецептора должен возникнуть, достичь зрительных центров мозга, а затем и сознания.
Другие эксперименты проводятся над палочками, выделенными из сетчатки животных, например, одного из видов африканских лягушек, чьи глаза в несколько раз чувствительнее глаз человека. На палочку в пробирке направляется одиночный фотон, и реакция палочки улавливается чувствительными электродами. Но как получить и направить такой одиночный фотон?
Если взять лазер и направить его на кристалл бората бария, фотоны, генерируемые лазером, распадутся внутри кристалла на пары взаимозависимых фотонов пониженной энергии, так называемых запутанных. Направим один из них к детектору фотонов, лавинному фотодиоду, а второй — в световод, ведущий к палочке в пробирке. При обнаружении фотона детектор выдаст сигнал. Поскольку запутанные фотоны всегда образуются парами, этот сигнал сообщит о том, что и второй фотон обнаружен и готов для использования в эксперименте.
Эти эксперименты показывают, что палочки сетчатки глаза лягушек функционируют с эффективностью, которую имеют коммерческие датчики-фотодиоды. Однако в живых системах реакции палочек существенно более медленные.Таким образом, глаз лягушки действительно может использоваться в качестве детектора одиночного фотона. Хотя пока что только в лабораторных условиях и с использованием дорогостоящего оборудования.
Смотрите новые видео на youtube.com/@PhysFromPobed
Приобретайте наши конструкторы на fizikits.ru