Uma equipe de pesquisadores acaba de demonstrar uma melhoria quântica em uma máquina de raios-X real, alcançando o objetivo desejável de eliminar o ruído de fundo para detecção precisa.

As relações entre pares de fótons e escalas quânticas podem ser exploradas para criar imagens mais claras e de alta resolução do que a óptica clássica. Esse campo emergente é chamado de imagem quântica e não há um potencial realmente impressionante – especialmente porque, com luz óptica, pode ser usada Mostra objetos que não podem ser vistos normalmente, como ossos e órgãos.

A correlação quântica descreve várias relações diferentes entre pares de fótons. O enredamiento é um deles e é aplicado em imagens quânticas ópticas.

Mas os desafios técnicos de gerar fótons emaranhados em comprimentos de raios-X são consideravelmente maiores que na luz óptica, de modo que, na criação de seus raios-x quânticos, a equipe adotou uma abordagem diferente.

Eles usaram uma técnica chamada iluminação quântica para minimizar o ruído de fundo. Normalmente, ele usa fótons emaranhados, mas correlações mais fracas também funcionam. Usando um processo chamado conversão paramétrica descendente (PDC), os pesquisadores dividiram um fóton de alta energia ou "bomba" – em dois fótons de menor energia, chamados fóton de sinal e fóton inativo.

"Vários autores demonstraram o PDC de raios-X e a aplicação do efeito como fonte de imagem fantasma tem sido demonstrado recentemente, " os pesquisadores escrevem em seu trabalho.

"Mesmo assim, em todas as publicações anteriores, a estatística de fótons não foi medida. Essencialmente, até o momento, não há evidências experimentais de que os fótons, gerados pelo PDC de raios-X, mostrem estatísticas de estados quânticos. Da mesma forma, as observações da sensibilidade quantificada melhoraram nunca relataram os comprimentos de onda dos raios X. "

Os pesquisadores alcançaram seu PDC de raios-X com um cristal de diamante. Ele estrutura não linear O cristal divide um feixe de fótons de raios-X da bomba em feixes de sinal e varetas, cada um com metade da energia do feixe da bomba.

Normalmente, esse processo é muito ineficiente com raios-X, para que a equipe aumente a potência. Usando o síncrotron SPring-8 no Japão, eles dispararam um feixe de raios X de 22 KeV em seu cristal, que foi dividido em dois feixes, cada um com 11 KeV.

O feixe de sinal é enviado ao objeto para imaginar – no caso desta investigação, um pequeno pedaço de metal com três slots – com um detector do outro lado. O feixe ocioso é enviado diretamente para outro detector. Ele é configurado para que cada feixe atinja seu respectivo detector no mesmo local e ao mesmo tempo.

"A perfeita relação entre tempo e energia que observamos só poderia significar que os dois fótons estavam correlacionados de maneira quântica". disse o físico Sason Sofer, da Universidade Bar-Ilan, em Israel.

Para o próximo passo, os pesquisadores compararam sua detecção. Havia apenas cerca de 100 fótons correlacionados por ponto da imagem e cerca de 10.000 mais fótons de fundo. Mas os pesquisadores puderam combinar cada rotor com um sinal, para que pudessem saber quais fótons da imagem eram do feixe, separando assim facilmente o ruído de fundo.

Eles então compararam essas imagens com imagens tiradas com fótons regulares e não correlacionados, e os fótons correlatos produziram claramente uma imagem muito mais nítida.

Ainda são os primeiros dias, mas é certamente um passo na direção certa, por isso pode ser uma ferramenta muito interessante. A imagem quântica dos raios X pode ter vários usos fora do alcance da atual tecnologia de raios X.

Uma das promessas é que isso poderia reduzir a quantidade de radiação necessária para imagens de raios X. Isso significaria que poderiam ser imaginadas amostras facilmente danificadas por raios X ou amostras que requerem baixas temperaturas; menos radiação significaria menos calor. Também poderia permitir que físicos de núcleos atômicos de raios-X vissem o que havia dentro.

Obviamente, como esses raios X quânticos exigem um acelerador de partículas incondicional, as aplicações médicas estão atualmente fora de cogitação. A equipe mostrou que isso pode ser feito, mas reduzi-lo será complicado.

Atualmente, determinar se os fótons são fotografados é o próximo passo. Isso exigiria a chegada de fótons aos detectores atosegon Escadas, além da tecnologia atual.

Mesmo assim, essa é uma conquista bastante surpreendente.

"Demonstramos a capacidade de usar as fortes correlações tempo-energia dos pares de fótons para a fotodetecção aprimorada quântica. O procedimento que apresentamos tem um grande potencial para melhorar o desempenho das medições de raios-X", disse ele. os pesquisadores escrevem.

"Prevemos que este trabalho abrirá caminho para mais esquemas de detecção do regime de raios X na forma quântica, incluindo a área de difração e a espectroscopia".

A pesquisa foi publicada em Revisão física X.

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