Atom terjerat meningkatkan teknik tomografi – Dunia Fisika

Atom terjerat meningkatkan teknik tomografi – Dunia Fisika

Stempel Waktu: 21 Juni 2023 4

Sensor atom terbuat dari putaran yang kebisingannya hanya dibatasi oleh fluktuasi kuantum intrinsik
Sensor atom: perangkat terbuat dari putaran yang kebisingannya hanya dibatasi oleh fluktuasi kuantum intrinsik. (Sumber: E Polzik)

Para peneliti di Universitas Kopenhagen di Denmark telah menemukan cara untuk meningkatkan kepekaan teknik penginderaan rutin yang dikenal sebagai tomografi induksi magnetik di luar batas kuantum standar. Metode yang ditingkatkan dapat menemukan aplikasi dalam penginderaan bio dan medis.

Dalam tomografi induksi magnetik, medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan pembawa arus menghasilkan arus eddy kecil dalam sampel yang dianalisis. Arus ini, pada gilirannya, mengubah medan magnet, yang dideteksi menggunakan putaran kolektif (atau magnetisasi) dari magnetometer atom. Sifat bidang yang terdeteksi menghasilkan informasi tentang konduktivitas listrik dan permeabilitas magnetik sampel.

Teknik ini digunakan dalam survei geofisika, untuk menguji objek logam secara non-destruktif, serta dalam pencitraan medis. Tetapi kepekaannya dibatasi oleh apa yang disebut batas kuantum, atau fluktuasi kuantum (ketidakpastian) putaran kolektif sensor.

“Memang, mekanika kuantum dan prinsip ketidakpastian menyatakan bahwa arah putaran tidak dapat ditentukan dengan presisi sembarang,” jelasnya Eugene Polzik, yang memimpin studi baru ini. “Secara kasar, di sensor yang berisi N putaran atom, arah putaran kolektif tidak dapat ditentukan dengan kepastian sudut lebih baik dari 1/√N, dan inilah yang kami sebut sebagai batas kuantum standar (SQL).

Mengurangi ketidakpastian

Polzik dan rekannya menunjukkan bahwa ketidakpastian ini dapat dikurangi dengan menggunakan magnetometer atom yang berisi atom-atom yang putarannya terjerat untuk menghasilkan apa yang disebut keadaan putaran terjepit. Ketidakpastian sudut salah satu proyeksi keadaan ini di bawah SQL. Para peneliti mengatur protokol tomografi induksi magnetik sedemikian rupa sehingga sinyal yang berguna terkandung tepat di proyeksi dengan ketidakpastian yang berkurang. Pendekatan ini menghasilkan sensitivitas SQL yang hampir dua kali lipat dari magnetometer atom konvensional.

“Teknik tomografi induksi magnetik konvensional menggunakan koil untuk mendeteksi sinyal,” jelas Polzik. “Kumparan semacam itu memiliki kebisingan termal intrinsik, serta kebisingan lingkungan yang terangkat, yang membatasi sensitivitas. Kami telah menggunakan sensor atom yang terbuat dari putaran yang kebisingannya hanya dibatasi oleh fluktuasi kuantum intrinsik. Ini memungkinkan kami untuk meningkatkan sensitivitas secara substansial dibandingkan dengan pendekatan konvensional.”

Para peneliti mengatakan mereka sekarang berencana untuk menggunakan metode mereka dalam penginderaan bio dan medis, dan khususnya berharap untuk mengembangkannya lebih lanjut untuk pencitraan organ dalam, termasuk jantung dan bahkan otak.

“Kami juga berencana untuk terus mengerjakan tomografi induksi magnetik yang ditingkatkan kuantum ini dengan tujuan untuk lebih meningkatkan sensitivitas dan resolusi spasialnya,” kata Polzik. Dunia Fisika.

Penelitian ini dirinci dalam Physical Review Letters.

Stempel Waktu:

Lebih dari Dunia Fisika