Gli atomi impigliati migliorano la tecnica della tomografia – Physics World

I ricercatori del Università di Copenaghen in Danimarca hanno trovato un modo per aumentare la sensibilità di una tecnica di rilevamento di routine nota come tomografia a induzione magnetica oltre il limite quantico standard. Il metodo migliorato potrebbe trovare applicazione nel rilevamento biomedico.

Nella tomografia a induzione magnetica, un campo magnetico generato da una bobina trasportata da corrente produce minuscole correnti parassite nel campione da analizzare. Queste correnti, a loro volta, alterano il campo magnetico, che viene rilevato utilizzando lo spin collettivo (o magnetizzazione) di un magnetometro atomico. Le proprietà del campo rilevato forniscono informazioni sulla conduttività elettrica e sulla permeabilità magnetica del campione.

La tecnica viene utilizzata nelle indagini geofisiche, per testare in modo non distruttivo oggetti metallici, nonché nell'imaging medico. Ma la sua sensibilità è limitata dal cosiddetto limite quantistico, o dalle fluttuazioni quantistiche (incertezza) della rotazione collettiva del sensore.

“In effetti, la meccanica quantistica e il principio di indeterminazione impongono che la direzione dello spin non possa essere determinata con precisione arbitraria”, spiega Eugenio Polzik, che ha condotto questo nuovo studio. “In parole povere, in un sensore che contiene N spin atomici, la direzione dello spin collettivo non può essere determinata con una certezza angolare migliore di 1/√N, ed è questo che chiamiamo limite quantistico standard (SQL).”

Ridurre l'incertezza

Polzik e colleghi hanno dimostrato che questa incertezza può essere ridotta utilizzando un magnetometro atomico contenente atomi i cui spin sono intrecciati per generare il cosiddetto stato di spin squeezed. L'incertezza angolare di una delle proiezioni di questo stato è inferiore all'SQL. I ricercatori hanno predisposto il protocollo della tomografia a induzione magnetica in modo tale che il segnale utile sia contenuto esattamente nella proiezione con un'incertezza ridotta. Questo approccio si traduce in una sensibilità SQL che è quasi doppia rispetto a quella dei magnetometri atomici convenzionali.

“Le tecniche convenzionali di tomografia a induzione magnetica utilizzano una bobina per rilevare il segnale”, spiega Polzik. “Tali bobine presentano un rumore termico intrinseco, nonché rumore ambientale captato, che limita la sensibilità. Abbiamo utilizzato un sensore atomico fatto di spin il cui rumore è limitato solo da fluttuazioni quantistiche intrinseche. Ciò ci ha permesso di migliorare sostanzialmente la sensibilità rispetto agli approcci convenzionali”.

Il magnetometro atomico misura la conduttività cardiaca

I ricercatori affermano che ora intendono utilizzare il loro metodo nel rilevamento biomedico e sperano in particolare di svilupparlo ulteriormente per l'imaging degli organi interni, compreso il cuore e persino il cervello.

“Abbiamo anche in programma di continuare a lavorare su questa tomografia a induzione magnetica potenziata con l’obiettivo di migliorarne ulteriormente la sensibilità e la risoluzione spaziale”, dice Polzik Mondo della fisica.

La ricerca è dettagliata in Physical Review Letters.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/entangled-atoms-enhance-tomography-technique/