Pagsukat ng Mga Bagay na Hindi Mo Makikita

Kapag ang ilaw ay napalihis ng isang hindi regular na istraktura, nagiging mahirap hulaan kung nasaan ang target. Kredito: TU Wien

Paano mo masusukat ang mga bagay na hindi mo nakikita sa ilalim ng normal na mga kondisyon? Nag-aalok ang Utrecht University at TU Wien (Vienna) ng mga bagong posibilidad na may mga espesyal na light alon.

Maaaring gamitin ang mga laser beam upang tumpak na masukat ang posisyon o bilis ng isang bagay. Gayunpaman, karaniwang isang malinaw, walang hadlang na pagtingin sa bagay na ito ay kinakailangan – at ang pangunang kailangan na ito ay hindi laging natutupad. Halimbawa, sa biomedicine, sinusuri ang mga istrukturang naka-embed sa isang hindi regular, kumplikadong kapaligiran. Dito, ang laser beam ay napalihis, nakakalat, at naka-repraktibo, na ginagawang imposibleng makakuha ng kapaki-pakinabang na data mula sa pagsukat.

Gayunpaman, ang University of Utrecht (Netherlands) at TU Wien (Vienna, Austria) ay maipapakita ngayon na ang mga makabuluhang resulta ay maaaring makamit kahit sa ganoong kumplikadong mga kapaligiran. Sa katunayan, mayroong isang paraan upang partikular na baguhin ang laser beam upang ibigay nang eksakto ang nais na impormasyon sa kumplikado, hindi organisadong kapaligiran – at hindi lamang humigit-kumulang, ngunit pisikal na pinakamainam: Hindi pinapayagan ng kalikasan ang mas matukoy na may magkakaugnay na ilaw ng laser. . Ang bagong teknolohiya ay maaaring magamit sa maraming iba’t ibang mga lugar ng aplikasyon, kahit na may iba’t ibang mga uri ng alon at ipinakita ngayon sa pang-agham na journal. Kalikasan Physics.

Vacuum cleaner at bintana ng banyo

“Nais mong palaging makuha ang pinakamahusay na posibleng pagsukat. kawastuhan – ito ay isang pangunahing elemento ng lahat ng natural na agham, “sabi ni Stefanhattan ng TU Wien. “Halimbawa, isang napakalaki LIGO pasilidad na ginamit upang makita mga alon ng gravity: Doon, nagpapadala ka ng mga laser beam sa isang salamin, at ang mga pagbabago sa distansya sa pagitan ng laser at salamin ay nasusukat nang lubos na tumpak. “Gumagana lamang ito nang napakahusay dahil ang laser beam ay ipinapadala sa isang napakataas na vacuum. Ang anumang kakulangan sa ginhawa, gaano man kaliit, ang dapat iwasan.

Ngunit ano ang magagawa mo sa pagharap sa hindi malutas na mga karamdaman? “Isipin natin ang isang panel ng salamin na hindi ganap na malinaw, ngunit magaspang at hindi nakumpleto tulad ng isang window ng banyo,” sabi ni Allard Mosk ng Utrecht University. “Ang ilaw ay maaaring pumasa ngunit hindi sa isang tuwid na linya. Ang mga ilaw na alon ay nagbago at nagkalat, kaya’t hindi namin ganap na nakikita ang isang bagay sa kabilang panig ng bintana na may mata. “Kung nais mong suriin ang mga maliliit na bagay sa loob ng biological tissue, ang sitwasyon ay halos kapareho: ang hindi regular na kapaligiran ay nakakagambala sa ilaw na sinag. Ang simple, regular na tuwid na laser beam ay binago sa isang kumplikadong pattern ng alon na napalihis sa lahat ng direksyon.

Pinakamainam na alon

Gayunpaman, kung alam mo mismo kung ano ang ginagawa ng nakakagambalang kapaligiran sa light beam, maaari mong baligtarin ang sitwasyon: Posibleng lumikha ng isang kumplikadong pattern ng alon na nagbabago sa eksaktong nais na hugis sa halip na isang simple, tuwid na laser beam. dahil sa mga kaguluhan at hit kung saan ito maaaring pinakamahusay na gumana. “Upang makamit ito, hindi mo rin kailangang malaman nang eksakto kung ano ang mga karamdaman,” paliwanag ni Dorian Bouchet, ang unang may-akda ng pag-aaral. “Sapat na upang magpadala ng isang serye ng mga pagsubok na alon sa pamamagitan ng system muna upang suriin kung paano ito binago ng system.”

Ang mga siyentipikong kasangkot sa gawaing ito ay sama-sama na bumuo ng isang pamamaraan sa matematika na maaaring magamit upang makalkula ang pinakamainam na alon mula sa mga data ng pagsubok na ito: “Para sa iba’t ibang mga sukat, halimbawa, ang mga coordinate na spatial kung saan matatagpuan ang isang partikular na bagay.”

Dalhin, halimbawa, isang bagay na nakatago sa likod ng isang blurred glass panel: Mayroong isang pinakamainam na light alon na maaaring magamit upang makuha ang maximum na dami ng impormasyon tungkol sa kung ang bagay ay gumagalaw nang bahagya sa kanan o bahagyang kaliwa. Ang alon na ito ay mukhang kumplikado at hindi maayos, ngunit pagkatapos ay binago ng blurry panel upang maabot ang bagay nang eksakto tulad ng ninanais at ibalik ang pinakamaraming posibleng dami ng impormasyon sa pang-eksperimentong instrumento sa pagsukat.

Mga eksperimento sa laser sa Utrecht

Ang katotohanan na ang pamamaraan na talagang nagtrabaho ay nakumpirma nang eksperimento sa University of Utrecht: Ang mga laser beam ay nakadirekta sa isang hindi pantay na kapaligiran sa anyo ng isang maulap na plato. Ang pag-uugali ng pag-uugali ng daluyan ay nailalarawan sa ganitong paraan, pagkatapos ay ang pinakamainam na mga alon ay kinakalkula upang pag-aralan ang isang bagay sa labas ng plato – at nagtagumpay ito nang may katumpakan sa saklaw ng nanometer.

Gumawa ang koponan ng iba pang mga pagsukat upang subukan ang mga limitasyon ng kanilang bagong pamamaraan: Ang bilang ng mga photon sa laser beam ay makabuluhang nabawasan upang makita kung ang isang tao ay nakakuha ng isang makabuluhang resulta. Sa ganitong paraan, naipakita nila na ang pamamaraan ay hindi lamang gumana, ngunit optimal sa pisikal: “Nakita namin na ang katumpakan ng aming pamamaraan ay limitado lamang sa dami ng ingay,” paliwanag ni Allard Mosk. “Ang ingay na ito ay sanhi ng ilaw na binubuo ng mga photon – walang magagawa tungkol dito. Gayunpaman, sa loob ng mga limitasyon na pinapayagan kami ng kabuuan ng pisika na gawin para sa isang magkakaugnay na laser beam, maaari talaga nating kalkulahin ang pinakamainam na mga alon upang masukat ang iba’t ibang mga bagay. Hindi lamang ang posisyon, kundi pati na rin ang paggalaw o direksyon ng pag-ikot ng mga bagay. “

Ang mga resulta ay nakuha sa konteksto ng isang programa para sa nanometer-scale imaging ng mga istraktura ng semiconductor kung saan nakipagtulungan ang mga pamantasan sa industriya. Sa katunayan, ang mga posibleng lugar ng aplikasyon ng bagong teknolohiyang ito ay nagsasama ng microbiology pati na rin ang paggawa ng mga computer chip, kung saan ang lubhang tumpak na mga sukat ay mahalaga.

Sanggunian: “Sinasabi ng maximum na impormasyon para sa pare-parehong pagsukat ng pagsabog”, Dorian Bouchet, Stefan Entertain at Allard P. Mosk, 21 Enero 2021, Kalikasan Physics.
DOI: 10.1038 / s41567-020-01137-4

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

82% ng Mga Tao na Na-ospital Sa COVID-19 Bumuo ng Mga Neurological Problems

Isinasaalang-alang ang tomography ng utak. Ang mga pasyente na may mga karamdaman na nagpapahiwatig ng neurological ay kasangkot COVID-19 anim na beses na mas malamang...

“Gobsmacked” – Ang Melanie Wood ng Harvard ay Naging Unang Babae na Nanalo ng $ 1M Waterman Award sa Math

Si Melanie Wood ang unang babaeng nanalo ng isang Waterman Award sa matematika. Kredito: Stephanie Mitchell / Harvard Staff Photographer Kinikilala para sa mga...

Bagong Pagong na Natagpuan sa Huling Cretaceous ng Madagascar

Ang pagbabagong-tatag ng buhay ng Sahonachelys mailakavava, umaatake sa Madagascan na palaka tadpoles na si Belzebufo ay nagprotesta gamit ang isang espesyal na diyeta...

Natuklasan ng mga siyentista na ang loob ng Saturn – ang makapal na layer ng helium – ay nakakaapekto sa magnetic field ng mga...

Ang magnetikong patlang ni Saturn na nakikita sa itaas. Credit-Ancate Barrick / Jones Hopkins University Ginagaya ng mga mananaliksik ang mga kondisyong kinakailangan para...

Lumilikha ang mga mananaliksik ng cybersecurity ng mas mahusay na kanaryo – gamit ang AI upang lumikha ng pekeng mga dokumento

Ang bagong artipisyal na sistema ng katalinuhan ay lumilikha ng mga pekeng dokumento upang linlangin ang mga kalaban. Sa panahon ng World War II, ang...

Newsletter

Subscribe to stay updated.