Amerika wird das weltweit erste Quantenröntgenmikroskop mit Quantenverschränkung bauen

Ein Forschungsteam des Brookhaven National Laboratory hat ein völlig neues Röntgenmikroskop entwickelt. der in seiner Arbeit die Quantenwelt nutzt, um "Geisterbilder" von Biomolekülen in hoher Höhe zu erzeugen Genehmigung. Darüber möchte ich Ihnen jetzt erzählen.

Was ist die Essenz des neuen Röntgenmikroskops?

Ohne Zweifel sind klassische Röntgenmikroskope sehr nützliche Einheiten, mit denen Sie verschiedene Proben mit der höchsten Auflösung betrachten können. Es gibt jedoch eine Besonderheit: Die bei der Arbeit verwendete Strahlung kann einfach empfindliche Proben wie Viren, Bakterien oder einige Zellen zerstören.

Natürlich können Sie die Strahlungsintensität auf ein akzeptables Maß reduzieren und die Zellen bleiben intakt, aber die Klarheit des Bildes wird stark beeinträchtigt.

Ingenieure des Brookhaven National Laboratory (USA) haben einen Weg gefunden, die Intensität der Strahlung zu reduzieren und dabei die größtmögliche Klarheit zu gewährleisten.

Dafür wurde beschlossen, die Macken der Quantenwelt zu nutzen - Quantenverschränkung.

In einem klassischen Röntgenmikroskop passiert also ein Photonenstrahl die untersuchte Probe und wird dann vom Detektor auf der anderen Seite gesammelt.

In einem neuen Mikroskop mit verwendeter Quantenverstärkung wird der Röntgenstrahl in zwei Hälften geteilt. In diesem Fall durchläuft nur eine Hälfte die untersuchte Probe, aber so seltsam es auch klingen mag, beide Hälften sind an den Messungen beteiligt.

Quantenverschränkung in Aktion

Die Frage ist ganz logisch: Wie ist das möglich geworden? Und das alles dank eines noch nicht vollständig verstandenen Phänomens wie der Quantenverschränkung. Das heißt, zwei Teilchen können so miteinander verflochten sein, dass eine Änderung in einem dazu führt Sofortige Veränderung eines anderen Partikels und gleichzeitig spielt es keine Rolle, in welchem ​​Abstand sich die Partikel befinden dieser Moment.

Dies bedeutet, dass der Informationsaustausch zwischen Partikeln mit einer Geschwindigkeit stattfindet, die die Lichtgeschwindigkeit deutlich übersteigt.

Bei unserem neuen Röntgenmikroskop erzeugt der Splitter also Paare von verschränkten Photonen. In diesem Fall wird einer von ihnen durch die Probe geleitet und überträgt Informationen gemäß dem üblichen Schema an den Detektor.

In dem Moment, in dem sich das erste Photon ändert, treten jedoch dieselben Änderungen im zweiten Photon auf, das in keiner Weise mit dem untersuchten Material interagiert. Wenn dann das zweite Photon auf seinen Detektor trifft, werden zusätzliche Informationen daraus entnommen und somit ein klares Bild des untersuchten Objekts erzeugt.

Obwohl es auf den ersten Blick unlogisch erscheint, gelingt es Wissenschaftlern aufgrund präziser mathematischer Berechnungen, Informationen aus zwei Strahlen zu kombinieren.

Dieser Vorgang wird als Ghost Imaging bezeichnet und war vor der Neuentwicklung nur mit Photonen im sichtbaren Lichtspektrum möglich.

Das neue Mikroskop wird das weltweit erste sein, das diese Technologie an Röntgenstrahlen anpasst. Auf diese Weise können Bilder erhalten werden, deren Größe weniger als 10 Nanometer beträgt, während die Testproben intakt bleiben.

Das Röntgenmikroskop basiert auf der National Synchronous Light Source II (NSLS-II). Und wenn alles nach Plan läuft, können die ersten Bilder bereits 2023 im Detail untersucht werden.

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