Supersoczewka pokonuje granice mikroskopów

Fizycy z Uniwersytetu w Sydney zaprezentowali nową technikę, która bazując na specjalnych supersoczewkach umożliwi zobaczenie rzeczy nieuchwytnych dla obecnych mikroskopów. Supersoczewka będzie w stanie objąć swym zasięgiem obiekty cztery razy mniejsze niż te, które było można dotychczas zobaczyć za pomocą mikroskopów.

Przełomowe odkrycie australijskich badaczy pozwoli na skonstruowanie urządzeń zdolnych do przełamywania „granicy dyfrakcji”. W optyce każdy przyrząd lub instrument optyczny – taki jak mikroskop, teleskop czy kamera – ma ograniczenie rozdzielczości wynikające z fizyki dyfrakcji. Dyfrakcja fal świetlnych na najmniejszych poziomach uniemożliwia współczesnym mikroskopom dostrzeżenie rzeczy mniejszych niż te fale. Granicę dyfrakcyjną przez długi czas uważano za nie do przekroczenia. Jednak najnowsza technika superrozdzielczości optycznej opracowana przez fizyków z Sydney a opisywana przez „EurekAlert!” sprawi, iż niedługo nie będzie ona barierą nie do przejścia.

Już wcześniej wiele grup badaczy próbowało opracować technikę, która przełamie ograniczenia wynikające ze zjawiska dyfrakcji, bazując na niestandardowych soczewkach wykonanych z nowatorskich materiałów, ale problemem okazywało się to, iż wszystkie te urządzenia gromadziły zbyt dużą ilość światła. Jednak najnowszej technice „supersoczewkowania” te problemy są obce i jest w stanie ona zapewnić widzialność obiektów oddalonych czterokrotnie od granicy dyfrakcji – umożliwiając tym samym odkrycie nowych rzeczy, które dotychczas były zupełnie niezauważalne dla ludzi.

W szczególności zaskakujące jest to w jaki sposób nowatorska technika supersoczewkowania działa. Jak podsumował ją główny autor odkrycia, Alessandro Tuniz z Wydziału Fizyki i Instytutu Nano Uniwersytetu w Sydney, jest to technika, która działa na zasadzie „wdrażania supersoczewki bez supersoczewki”. Sonda świetlna została umieszczona przez badaczy w pewnej odległości od próbki, którą chcieli sfotografować, i zebrali informacje o wysokiej i niskiej rozdzielczości. Jak podano w komunikacie, sonda zbierała światło „o częstotliwości terahercowej i milimetrowej, w zakresie widma pomiędzy światłem widzialnym a mikrofalą”.

W kolejnym kroku informacje te są wprowadzane do komputera i poddawane procesom, które skutecznie „wybierają” najcenniejsze światło i usuwają światło niepożądane. Rezultatem jest obraz, który czterokrotnie przekracza pozornie niemożliwą do pokonania granicę dyfrakcji, czyli swoisty mur, który był nieprzekraczalny dla wcześniejszych prób.

Profesor Boris Kuhlmey, współautor badania, dodaje, że ​​kluczową rolę pełniło odsunięcie sondy na większą odległość i zasadniczo wykonanie supersoczewkowania w komputerze. „Oddalając naszą sondę, możemy zachować integralność informacji o wysokiej rozdzielczości i zastosować technikę poobserwacyjną do odfiltrowania danych o niskiej rozdzielczości”.

Zdaniem naukowców prace te powinny umożliwić naukowcom dalsze udoskonalanie mikroskopii superrozdzielczej. Może to przyczynić się do rozwoju obrazowania w tak różnych dziedzinach, jak diagnostyka nowotworów, obrazowanie medyczne czy archeologia i kryminalistyka.

Marcin Jarzębski