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FBK, vedere l’invisibile con il microscopio quantistico di “FastGhost”

giovedì, 10 dicembre 2020

Povo – Sviluppare un microscopio quantistico capace di visualizzare la biochimica di un campione in “tempo reale”: è questo l’obiettivo principale di “FastGhost”, un progetto di ricerca finanziato dall’Unione Europea, con un contributo di circa 3 milioni di euro, partito ufficialmente lo scorso 1 ottobre. Tra i cinque partner del consorzio, che includono centri di ricerca di Germania, Svezia e Olanda, figura anche la Fondazione Bruno Kessler, in particolare con l’unità IRIS (Integrated Radiation and Image Sensors) guidata da Matteo Perenzoni.

visAlla base del progetto c’è il potenziamento di una tecnica nota come ghost imaging, che consiste nell’illuminare un oggetto con un certo tipo di radiazione (in questo caso, il medio infrarosso), utilizzando poi un’altra radiazione (la luce visibile) per costruire l’immagine dell’oggetto stesso. A rendere possibile questo processo è l’esistenza di una forte correlazione tra i fotoni (i quanti di luce) relativi alle due radiazioni utilizzate. Si tratta del il cosiddetto entanglement, un fenomeno tipico della meccanica quantistica per cui due oggetti presentano una sorta di legame a distanza: il comportamento dell’uno determina quello dell’altro, e viceversa.

«Da un punto di vista sperimentale il processo avviene in questo modo: una sorgente di luce genera coppie di fotoni entangled di “colore” diverso (o, più precisamente, di lunghezza d’onda diversa), uno nel medio infrarosso e l’altro nel visibile, che percorrono due percorsi ottici differenti», spiega Perenzoni. «Il primo attraversa l’oggetto da osservare e raggiunge un rivelatore, che a sua volta produce un segnale. Nell’altro ramo, il fotone visibile non interagisce con l’oggetto ma arriva direttamente a un sensore di immagine, fatto di pixel, da cui è possibile risalire alla sua posizione. A questo punto, ripetendo milioni di volte l’operazione per ciascuna coppia e correlando, grazie all’entanglement, ciascun segnale del rivelatore con la posizione sul sensore, si ricostruisce l’intera immagine dell’oggetto».

In definitiva, quindi, grazie alle proprietà quantistiche della luce usata, il sensore di immagine può vedere un oggetto misurando una radiazione con cui non ha interagito, per di più di “colore” diverso. Il gruppo di FBK si occuperà proprio della realizzazione e caratterizzazione dello speciale sensore di immagine, in grado di riconoscere i singoli fotoni separatamente.

Benché questo principio sia già noto, l’obiettivo del progetto è renderlo fruibile, arrivando a sviluppare un vero e proprio microscopio che agisca in “tempo reale”, e capace di acquisire un’intera immagine in meno di un secondo. Il valore aggiunto sarà la capacità di fare microscopia nel medio infrarosso, operazione che a oggi è molto complessa, aprendo la strada ad applicazioni importanti. «La microscopia infrarossa permette di indagare sulle proprietà biochimiche in modo selettivo: in prospettiva questa possibilità potrebbe essere molto utile anche nell’ambito della ricerca medica e diagnostica», sottolinea ancora Perenzoni.

Il progetto, che durerà tre anni, fa parte del programma Future Emerging Technologies (FET) all’interno di Horizon 2020, dedicato a progetti di ricerca di avanguardia nel campo della tecnologia.

Leggi l’articolo di Matteo Serra su FBK Magazine



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