I konventionella avbildningsmetoder, en stråle av fotoner (eller andra partiklar) reflekteras från objektet som ska avbildas. Efter att strålen har färdats till en detektor, informationen som samlas in används för att skapa ett fotografi eller annan typ av bild. I en alternativ bildteknik som kallas "spökbildning, "processen fungerar lite annorlunda:en bild rekonstrueras från information som detekteras från en stråle som aldrig faktiskt interagerar med objektet.

Nyckeln till spökbildning är att använda två eller flera korrelerade partiklar. Medan en stråle interagerar med objektet, den andra strålen detekteras och används för att rekonstruera bilden, även om den andra strålen aldrig interagerar med objektet. Den enda aspekten av den första strålen som detekteras är ankomsttiden för varje foton på en separat detektor. Men eftersom de två strålarna är korrelerade, bilden av objektet kan rekonstrueras helt.

Medan två balkar vanligtvis används vid spökbildning, ny forskning har visat på högre ordningskorrelationer-det vill säga samband mellan tre, fyra, eller fem balkar. Högre ordning av spökbilder kan leda till förbättringar i bildens synlighet, men det kommer med nackdelen att högre ordningens korrelerade händelser har en lägre sannolikhet för upptäckt, vilket ger lägre upplösning.

I ett nytt papper, ett team av fysiker från Australian National University i Canberra har uppnått två förstapunkter inom spökbildning av högre ordning:den första demonstrationen av spökbilder med högre ordning med massiva partiklar (de använder ultrakylda heliumatomer) och den första spökbilden av högre ordning som använder korrelerade strålar från en kvantkälla. Som deras kvantkälla, forskarna använde två kolliderande Bose-Einstein-kondensat, som är grupper av atomer som kyls till nära absolut noll. Vid sådana kalla temperaturer, atomerna i ett Bose-Einstein-kondensat klumpar sig ihop och beter sig som en enda jätteatom.

I deras arbete, forskarna utförde experiment med korrelationer mellan upp till fem heliumatomer. De visade att under vissa förutsättningar, högre ordnings spökbildning med massiva partiklar från en kvantkälla kan förbättra bildens synlighet utan att påverka upplösningen.

"Jag tror att den största betydelsen av vårt arbete är mestadels att kunna visa att ett så utmanande experiment är möjligt, "fysikern Sean Hodgman vid Australian National University, tidningens första författare, berättade Phys.org . "Det finns ett mycket litet antal multi-partikel-korrelerade händelser i en kvantkälla, vilket delvis är varför det inte har visats tidigare med optik, och det betyder att även efter många tiotusentals experimentella körningar är det väldigt få händelser som är tillgängliga att rekonstruera en spökbild från. "

De förbättringar som visas här kan vara särskilt fördelaktiga för applikationer som kräver hög synlighet men lätt skadas. Detta beror på att tekniken har potential att minska doshastigheterna, vilket minskar den potentiella strålningsskada på provet. En sådan tillämpning är atomspökslitografi.

"Atomisk spöklitografi skulle vara som normal atomlitografi, men att använda korrelerade strålar skulle möjliggöra övervakning i realtid av den litografiska processen, "Hodgman sa." Korrelationer av högre ordning skulle förbättra spöklitografi genom att tillåta lägre flöden med samma signalkvalitet, vilket är viktigt eftersom höga flöden riskerar att skada provet. "

Med ytterligare arbete, högre ordnings kvantspökbildning kan också användas för att utföra grundläggande tester av kvantmekanik, som att demonstrera intrassling bland flera atomer eller, i en relaterad anda, gör Bells ojämlikhetsmätningar med hjälp av tre eller flera partiklar.

© 2019 Science X Network