Bir araştırma ekibi az önce gerçek bir X-ışını makinesinde kuantum artışı sağladı ve hassas algılama için arka plan gürültüsünü ortadan kaldırmak için istenen hedefi gerçekleştirdi.
Kuantum ölçeklerindeki foton çiftleri arasındaki ilişkiler, klasik optiklerden daha keskin, daha yüksek çözünürlüklü görüntüler oluşturmak için kullanılabilir. Ortaya çıkan bu alana kuantum görüntüleme denir ve gerçekten etkileyici bir potansiyele sahiptir özellikle optik ışık kullanarak, kemikler ve organlar gibi genellikle görülemeyen nesneleri göstermek için kullanılabilir.
Kuantum korelasyonu foton çiftleri arasındaki birkaç farklı ilişkiyi açıklıyor. Dolaşma bunlardan biridir ve optik kuantum görüntülemede uygulanıyor.
Ancak, X-ışını dalga boylarında dolaşmış fotonlar üretmenin teknik zorlukları optik ışıktan çok daha büyüktür, bu yüzden kuantum X-ışınının yapımında ekip farklı bir yaklaşım benimsedi.
Arka plan gürültüsünü en aza indirmek için kuantum aydınlatma denilen bir teknik kullandılar . Genellikle, bu dolaşmış fotonları kullanır, ancak zayıf korelasyonlar da işe yarar. Parametrik aşağı dönüşüm (PDC) olarak adlandırılan bir işlemi kullanan araştırmacılar, yüksek enerjili veya “pompa” fotonunu, bir sinyal fotonu ve bir avara fotonu olarak adlandırılan iki düşük enerjili fotona ayırdılar.
“Ancak, önceki yayınların hepsinde, foton istatistikleri ölçülmedi. Esasen, bugüne kadar, X-ışını PDC tarafından üretilen fotonların, radyasyonun ve kuantum durumlarının istatistiklerini sergilediğine dair deneysel bir kanıt yoktur. Aynı şekilde, X-ışını dalga boylarında kuantum gelişmiş ölçüm duyarlılığının gözlemleri hiç rapor edilmemiştir. ”
Araştırmacılar X-ışını PDC’LERİNİ bir elmas kristali ile elde ettiler. Kristalin doğrusal olmayan yapısı, her biri pompa ışınının enerjisinin yarısı olan bir pompa X-ışını foton demetini sinyal ve avara kirişlerine bölüyor.
Normalde, bu süreç X-ışınları kullanılarak çok verimsizdir, bu yüzden ekip gücü arttırdı. Japonya’daki SPring-8 synchrotron’u kullanarak, her biri 11 KeV taşıyan iki kirişe bölünmüş olan kristallerinde 22 KeV ışınını X-ışını ile çektiler.
Sinyal ışını, görüntülenecek olan nesneye (üç yarıklı küçük bir metal parçası), diğer tarafında bir detektöre gönderilir. Avara demeti doğrudan farklı bir dedektöre gönderilir. Bu, her bir ışının ilgili dedektöre aynı yerde ve aynı anda çarpması için ayarlanır.
İsrail’deki bar-ılan Üniversitesi’nden fizikçi sason Sofer,” gözlemlediğimiz mükemmel zaman-enerji ilişkisi sadece iki fotonun kuantum ilişkili olduğu anlamına gelebilir ” dedi.
Bir sonraki adım için araştırmacılar tespitlerini karşılaştırdılar. Görüntüde nokta başına sadece yaklaşık 100 ilişkili foton ve yaklaşık 10.000 daha fazla arka plan fotonu vardı. Ancak araştırmacılar her avarayı bir sinyalle eşleştirebilirler, bu yüzden görüntüdeki fotonların hangi ışından geldiğini söyleyebilirler, böylece arka plan gürültüsünü kolayca ayırırlar.
Daha sonra bu görüntüleri normal, korelasyonlu olmayan fotonlar kullanılarak çekilen görüntülerle karşılaştırdılar ve korelasyonlu fotonlar çok daha net bir görüntü üretti.
Fakat henüz daha erken , ama kesinlikle heyecan verici bir adım. Kuantum X-ışını görüntülemenin, mevcut X-ışını teknolojisi kapsamı dışında çok sayıda kullanımı olabilir.
Bir söz, X-ışını görüntüleme için gerekli radyasyon miktarını azaltabilmesidir. Bu, X ışınları tarafından kolayca zarar görebilen numunelerin görüntülenebileceği veya düşük sıcaklık gerektiren numunelerin görüntülenebileceği anlamına gelir; Daha az radyasyon, daha az ısı anlamına gelir. Aynı zamanda fizikçilerin içeride ne olduğunu görmek için atom çekirdeğini X-ışını ile de yapabilmelerini sağlayabilir.
Açıkçası, bu kuantum X-ışınları sert bir partikül hızlandırıcı gerektirdiğinden, tıbbi uygulamalar şu anda masanın dışında. Ekip bunun yapılabileceğini gösterdi, ancak ölçeklendirme zor olacak.
Şu anda, fotonların dolaşmış olup olmadığının belirlenmesi bir sonraki adım. Bu, fotonların dedektörlere varmalarının , şu andaki teknolojimizin ötesinde olan attosaniye ölçeklerinde ölçülmesini gerektiriyor
Yine de, bu oldukça şaşırtıcı bir başarı.
“geliştirilmiş kuantum fotodeteksiyon için foton çiftlerinin güçlü zaman-enerji korelasyonlarını kullanma yeteneğini gösterdik. Araştırmacılar, sunduğumuz prosedür, X-ışını ölçümlerinin performanslarını iyileştirmek için büyük bir potansiyele sahiptir” diye yazdı.
“Bu çalışmanın, kırınım ve spektroskopi alanı da dahil olmak üzere, daha fazla kuantum arttırılmış x-ışını rejimi tespit şeması için yolu açacağını tahmin ediyoruz.
Araştırma, Physical Review X ‘de yayınlandı.
HABER REFERANSI:
https://www.sciencealert.com/physicists-have-managed-to-create-quantum-x-rays