Физикам удалось собрать квантовый рентгеновский аппарат
Израильские учёные смогли улучшить рентгеновский аппарат, используя технику квантовой визуализации. Это позволило устранить фоновый шум на рентгеновских снимках, а также существенно снизить уровень облучения человека при проведении рентгенографии. Работа была опубликована в научном издании «Physical Review X».
В основу новой разработки легла техника квантовой визуализации, в которой используются запутанные фотоны. Если коротко, то используя и управляя соотношением между фотонными парами в квантовых масштабах, можно получать более чёткие изображения с более высоким разрешением, чем при съёмке на стандартные оптические приборы. К тому же, используя квантовую визуализацию, можно увидеть те объекты, которые не видны невооружённым взглядом, например, внутренние органы или кости.
Израильские учёные решили применить эту технику для того чтобы улучшить современные рентгеновские аппараты. Однако генерировать необходимые фотоны в рентгеновском диапазоне оказалось сложнее, чем в диапазоне видимого света. Учёные использовали процесс под названием параметрическое преобразование с понижением частоты (parametric down-conversion), когда один фотон с высокой энергией делится на два фотона – сигнальный и холостой. Они взяли японский синхротрон SPring-8, с помощью которого выпустили на алмазный кристалл рентгеновский луч с энергией 22 кэВ. В результате луч разделился на два пучка, равных по мощности.
Сигнальный луч был направлен к объекту, который должен быть изображен. Для исследования был взят маленький кусочек металла с тремя щелями и детектором на другой стороне. Холостой луч был направлен прямиком на другой детектор. При этом всё настроено так, что каждый луч попадает на целевой детектор в одно и то же время, в одном и том же месте. В итоге картинка, полученная с использованием техники квантовой визуализации, имела меньше шумов и была гораздо чётче.
В основу новой разработки легла техника квантовой визуализации, в которой используются запутанные фотоны. Если коротко, то используя и управляя соотношением между фотонными парами в квантовых масштабах, можно получать более чёткие изображения с более высоким разрешением, чем при съёмке на стандартные оптические приборы. К тому же, используя квантовую визуализацию, можно увидеть те объекты, которые не видны невооружённым взглядом, например, внутренние органы или кости.
Израильские учёные решили применить эту технику для того чтобы улучшить современные рентгеновские аппараты. Однако генерировать необходимые фотоны в рентгеновском диапазоне оказалось сложнее, чем в диапазоне видимого света. Учёные использовали процесс под названием параметрическое преобразование с понижением частоты (parametric down-conversion), когда один фотон с высокой энергией делится на два фотона – сигнальный и холостой. Они взяли японский синхротрон SPring-8, с помощью которого выпустили на алмазный кристалл рентгеновский луч с энергией 22 кэВ. В результате луч разделился на два пучка, равных по мощности.
Сигнальный луч был направлен к объекту, который должен быть изображен. Для исследования был взят маленький кусочек металла с тремя щелями и детектором на другой стороне. Холостой луч был направлен прямиком на другой детектор. При этом всё настроено так, что каждый луч попадает на целевой детектор в одно и то же время, в одном и том же месте. В итоге картинка, полученная с использованием техники квантовой визуализации, имела меньше шумов и была гораздо чётче.
«Мы показали способность использовать сильные временные и энергетические корреляции фотонных пар для квантового расширенного фотодетектирования. Такая процедура имеет огромный потенциал для улучшения характеристик рентгеновских измерений», – пишут учёные в статье.Однако на данный момент технология не может быть использована в медицинских целях, потому что требует огромных ресурсов. Поэтому следующим этапом исследования станет разработка менее мощных аппаратов, способных достигать того же эффекта.