• BilimAvcısı

Yeni Kuantum Mikroskobu 'Görmesi İmkansız' Yapıları Ortaya Çıkarabiliyor

Muhtemelen bilim insanlarının mikroskop altında çıplak gözle görülmeyen nesnelere bakan görüntülerini görmüşsünüzdür. Gerçekten de, mikroskoplar hayatı anlamamız için vazgeçilmezdir.

Bunlar, örneğin COVID-19 gibi hastalıklara verdiğimiz yanıtta, biyoteknoloji ve tıp için de vazgeçilmezdir. Bununla birlikte, en iyi ışık mikroskopları temel bir engele çarptı - küçük nesneleri aydınlatmak için kullanılan parlak lazer ışığı onları yok edebilir.


Nature'da yayımlanan araştırmada, Avustralyalı ve Alman araştırmacılardan oluşan ekip, kuantum teknolojilerinin bir çözüm sunduğunu gösterdi. Biyolojik örnekleri daha nazikçe araştırabilen bir kuantum mikroskobu yaptılar. Bu da aksi takdirde görülmesi imkansız olan biyolojik yapıları gözlemlememize izin veriyor.

Lazer Mikroskoplarla İlgili Sorun

Mikroskopların uzun bir geçmişi vardır. İlk olarak on yedinci yüzyılın başlarında Hollandalı lens yapımcısı Zacharias Janssen tarafından icat edildiği düşünülüyor. -Paraları taklit etmek için kullanmış olabilir-. Bu damalı başlangıç, şimdi anladığımız şekliyle bakterilerin, hücrelerin ve temelde tüm mikrobiyolojinin keşfine yol açtı.


Lazerlerin yeni icadı, yoğun yeni bir ışık türü sağladı. Bu, mikroskopi için yepyeni bir yaklaşımı mümkün kıldı. Lazer mikroskopları, biyolojiyi insan saçının kalınlığından 10.000 kat daha küçük, gerçekten mükemmel ayrıntılarla görmemizi sağlar. 2014 Nobel Kimya Ödülü'ne layık görüldüler. Hücrelere ve içlerindeki DNA gibi moleküllere dair anlayışımızı değiştirdiler.

Bununla birlikte, lazer mikroskopları büyük bir problemle karşı karşıyadır. En iyi lazer mikroskopları, Dünya'daki güneş ışığından milyarlarca kat daha parlak ışık kullanır. Tahmin edebileceğiniz gibi, bu ciddi güneş yanığına neden olabilir.


Bir lazer mikroskobunda biyolojik örnekler saniyeler içinde hastalanabilir veya yok olabilir. Ekip üyesi Michael Taylor tarafından çekilen aşağıdaki bir fibroblast hücre filminde bunun gerçek zamanlı olarak gerçekleştiğini görebilirsiniz.



Yeni Mikroskop bu sorunu ortadan kaldırıyor Albert Einstein'ın "uzaktan ürkütücü eylem" olarak tanımladığı kuantum dolaşıklık adı verilen bir özelliği kullanır.


Dolaşıklık, parçacıklar arasında, bizim durumumuzda bir lazer ışını oluşturan fotonlar arasında alışılmadık bir bağıntıdır. Mikroskobu kendi kendilerine davranmaları için bırakan fotonları eğitmek için kullanırız, bir dedektöre çok düzenli bir şekilde ulaşırız. Bu gürültüyü azaltır.


Diğer mikroskopların, görüntülerin netliğini artırmak için lazer yoğunluğunu artırması gerekir. Yeni mikroskop gürültüyü azaltarak, bunu yapmadan netliği iyileştirebiliyor. Alternatif olarak, aynı mikroskop performansını elde etmek için daha az yoğun bir lazer kullanabiliriz.


Önemli bir zorluk, bir lazer mikroskobu için yeterince parlak olan kuantum dolaşıklığı üretmekti. Bunu, fotonları saniyenin sadece birkaç milyarda biri uzunluğundaki lazer darbelerine yoğunlaştırarak yaptılar. Bu, daha önce görüntülemede kullanılandan 1.000 milyar kat daha parlak olan dolaşıklık üretti.


Bir mikroskopta kullanıldığında, dolaşmış lazer ışığımız, örneği bozmadan mümkün olandan yüzde 35 daha iyi görüntü netliği sağladı.



Mikroskobumuzla mümkün olan kuantum geliştirme örneği. ( Warwick Bowen)

Kaynak:

  • https://www.sciencealert.com/scientists-built-a-quantum-microscope-that-can-reveal-unseen-details-of-life