Microscoapele cu raze X sunt instrumente utile pentru imagistica probelor la rezoluție înaltă, dar radiațiile implicate pot deteriora probele sensibile, cum ar fi virușii, bacteriile și unele celule. Reducerea dozei de radiații este o modalitate de a rezolva această problemă, dar aceasta reduce și rezoluția imaginii.
Echipa Brookhaven a găsit o modalitate de a menține o rezoluție mai mare cu o doză mai mică de radiații, folosind fenomenele fizicii cuantice.
Într-un microscop cu raze X standard, un fascicul de fotoni este trimis printr-o probă și colectat de un detector de pe cealaltă parte. Dar în noul microscop cu raze X cuantic îmbunătățit, fasciculul este împărțit în două și doar o jumătate trece prin eșantion - și totuși, ambele fascicule iau măsurători.
Totul datorită unui fenomen ciudat cunoscut sub numele de încurcătură cuantică. În esență, două particule pot deveni atât de legate între ele, încât interacționarea cu una va schimba instantaneu starea partenerului său, indiferent cât de multă distanță le separă. Asta înseamnă că informațiile se mișcă între ele mai repede decât viteza luminii.
În cazul noului microscop cu raze X, separatorul de fascicule produce perechi de fotoni încurcați. Unul dintre ei trece prin eșantion și transportă informațiile la detector ca de obicei. Dar, în același timp, acest lucru face ca partenerul său să-și schimbe automat starea, chiar dacă nu a intrat în contact cu eșantionul. Atunci când atinge propriul detector, pot fi extrase informații suplimentare din acesta.
Imaginea de mai jos arată cum funcționează microscopul cuantic cu raze X - fasciculul de raze X este împărțit în două. Fasciculul stâng trece prin eșantion, apoi lovește un detector ca de obicei. Fasciculul drept nu atinge deloc eșantionul, dar înregistrează totuși informații din cauza fenomenului de încurcare cuantică.
"Un flux trece prin eșantion și este colectat de un detector care înregistrează fotonii cu o rezoluție bună a timpului, în timp ce celălalt flux de fotoni codifică direcția exactă în care se propagă fotonii.
Pare magie. Dar, cu calcule matematice, vom putea corela informațiile din cele două fascicule", spune Andrei Fluerasu, un om de știință din cadrul proiectului.
Acest proces este denumit "imagine fantomă" și până acum a fost utilizat doar cu fotoni de lumină vizibilă. Noul microscop ar fi primul care va adapta tehnica la razele X, permițând captarea imaginilor de probe mai mici de 10 nanometri, fără a le distruge.