Amerika zal 's werelds eerste kwantum-röntgenmicroscoop bouwen met behulp van kwantumverstrengeling

Een onderzoeksteam van Brookhaven National Laboratory heeft een volledig nieuwe röntgenmicroscoop ontwikkeld, die in zijn werk de kwantumwereld gebruikt om "spookbeelden" te vormen van biomoleculen in de lucht toestemming. Dat is waar ik je nu over wil vertellen.

Wat is de essentie van de nieuwe röntgenmicroscoop

Klassieke röntgenmicroscopen zijn ongetwijfeld zeer bruikbare eenheden waarmee u verschillende monsters met de hoogste resolutie kunt bekijken. Maar er is één bijzonderheid: de straling die tijdens het werk wordt gebruikt, kan gevoelige monsters, zoals virussen, bacteriën of sommige cellen, gewoon vernietigen.

Je kunt de stralingsintensiteit natuurlijk terugbrengen tot een acceptabel niveau en de cellen blijven intact, maar de helderheid van het beeld wordt sterk beïnvloed.

Ingenieurs van Brookhaven National Laboratory (VS) hebben een manier gevonden om de intensiteit van de straling te verminderen met behoud van de grootst mogelijke helderheid.

Om dit te doen, werd besloten om de eigenaardigheden van de kwantumwereld te gebruiken: kwantumverstrengeling.

Dus in een klassieke röntgenmicroscoop gaat een bundel fotonen door het te bestuderen monster en wordt vervolgens opgevangen door de detector aan de andere kant.

En in een nieuwe microscoop met gebruikte kwantumversterking wordt de röntgenbundel in twee helften gesplitst. In dit geval passeert slechts de ene helft het monster dat wordt bestudeerd, maar hoe vreemd het ook mag klinken, beide helften zijn bij de metingen betrokken.

Kwantumverstrengeling in actie

De vraag is heel logisch: hoe is dit mogelijk geworden? En dat allemaal dankzij zo'n totaal onontgonnen fenomeen als kwantumverstrengeling. Dat wil zeggen, twee deeltjes kunnen zo met elkaar verweven zijn dat een verandering in één zal leiden tot onmiddellijke verandering in een ander deeltje en tegelijkertijd maakt het helemaal niet uit welke afstand tussen deeltjes zich bevindt dit moment.

Dit betekent dat de uitwisseling van informatie tussen deeltjes plaatsvindt met een snelheid die de lichtsnelheid aanzienlijk overschrijdt.

In het geval van onze nieuwe röntgenmicroscoop produceert de splitter dus paren verstrengelde fotonen. In dit geval wordt een van hen door het monster gevoerd en verzendt informatie naar de detector volgens het gebruikelijke schema.

Maar op het moment dat het eerste foton verandert, treden dezelfde veranderingen op in het tweede foton, dat op geen enkele manier interactie heeft met het materiaal dat wordt bestudeerd. Wanneer het tweede foton zijn detector raakt, wordt er aanvullende informatie uit gehaald en wordt een duidelijk beeld van het object dat wordt bestudeerd, gecreëerd.

Hoewel het op het eerste gezicht onlogisch lijkt, slagen wetenschappers erin om informatie van twee stralen te combineren door nauwkeurige wiskundige berekeningen.

Dit proces wordt spookbeeldvorming genoemd en was voorafgaand aan de nieuwe ontwikkeling alleen mogelijk met fotonen in het zichtbare lichtspectrum.

De nieuwe microscoop zal de eerste ter wereld zijn die deze technologie aanpast aan röntgenstraling. Zodoende is het mogelijk om afbeeldingen te verkrijgen, de grootte van de monsters die kleiner zijn dan 10 nanometer en terwijl de testmonsters intact blijven.

De röntgenmicroscoop zal gebaseerd zijn op de National Synchronous Light Source II (NSLS-II). En als alles volgens plan verloopt, kunnen de eerste beelden al in 2023 in detail worden bekeken.

Als je het materiaal leuk vond, steek dan je duimen omhoog en abonneer je. Dank u voor uw aandacht!