Dans les méthodes d'imagerie conventionnelles, un faisceau de photons (ou d'autres particules) est réfléchi sur l'objet à imager. Après que le faisceau se soit rendu à un détecteur, les informations qui y sont recueillies sont utilisées pour créer une photographie ou un autre type d'image. Dans une technique d'imagerie alternative appelée "imagerie fantôme, " le processus fonctionne un peu différemment :une image est reconstruite à partir d'informations détectées à partir d'un faisceau qui n'interagit jamais réellement avec l'objet.

La clé de l'imagerie fantôme est d'utiliser deux ou plusieurs faisceaux de particules corrélés. Pendant qu'un faisceau interagit avec l'objet, le deuxième faisceau est détecté et utilisé pour reconstruire l'image, même si le deuxième faisceau n'interagit jamais avec l'objet. Le seul aspect du premier faisceau qui est détecté est le temps d'arrivée de chaque photon sur un détecteur distinct. Mais parce que les deux faisceaux sont corrélés, l'image de l'objet peut être entièrement reconstruite.

Alors que deux faisceaux sont généralement utilisés dans l'imagerie fantôme, des recherches récentes ont démontré des corrélations d'ordre supérieur, c'est-à-dire corrélations entre trois, quatre, ou cinq faisceaux. L'imagerie fantôme d'ordre supérieur peut conduire à des améliorations de la visibilité de l'image, mais cela présente l'inconvénient que les événements corrélés d'ordre supérieur ont une probabilité de détection plus faible, ce qui entraîne une résolution inférieure.

Dans un nouveau journal, une équipe de physiciens de l'Australian National University à Canberra a réalisé deux premières dans l'imagerie fantôme d'ordre supérieur :la première démonstration d'imagerie fantôme d'ordre supérieur avec des particules massives (ils utilisent des atomes d'hélium ultrafroids) et la première imagerie fantôme d'ordre supérieur qui utilise des faisceaux corrélés provenant d'une source quantique. Comme leur source quantique, les chercheurs ont utilisé deux condensats de Bose-Einstein en collision, qui sont des amas d'atomes refroidis à près du zéro absolu. À des températures aussi froides, les atomes d'un condensat de Bose-Einstein s'agglutinent et se comportent comme un seul atome géant.

Dans leur travail, les chercheurs ont réalisé des expériences en utilisant des corrélations entre jusqu'à cinq atomes d'hélium. Ils ont démontré que, sous certaines conditions, L'imagerie fantôme d'ordre supérieur avec des particules massives provenant d'une source quantique peut améliorer la visibilité de l'image sans affecter la résolution.

"Je pense que la plus grande importance de notre travail est surtout de pouvoir montrer qu'une expérience aussi difficile est possible, " le physicien Sean Hodgman à l'Université nationale australienne, premier auteur de l'article, Raconté Phys.org . "Il existe un très petit nombre d'événements corrélés à plusieurs particules dans une source quantique, ce qui explique en partie pourquoi cela n'a pas été démontré auparavant avec l'optique, et cela signifie que même après plusieurs dizaines de milliers d'essais expérimentaux, seuls très peu d'événements sont disponibles pour reconstruire une image fantôme."

Les améliorations démontrées ici pourraient être particulièrement bénéfiques pour les applications qui exigent une grande visibilité mais sont facilement endommagées. En effet, la technique a le potentiel de réduire les taux de dosage, ce qui réduit les dommages potentiels causés par les radiations à l'échantillon. Une de ces applications est la lithographie fantôme atomique.

"La lithographie fantôme atomique serait comme la lithographie atomique normale, mais l'utilisation de faisceaux corrélés permettrait un suivi en temps réel du processus lithographique, " Hodgman a déclaré. " Des corrélations d'ordre supérieur amélioreraient la lithographie fantôme en permettant des flux plus faibles avec la même qualité de signal, ce qui est important car des flux élevés risquent d'endommager l'échantillon."

Avec d'autres travaux, l'imagerie fantôme quantique d'ordre supérieur pourrait également être utilisée pour effectuer des tests fondamentaux de la mécanique quantique, comme la démonstration de l'intrication entre plusieurs atomes ou, dans un sens connexe, faire les mesures d'inégalité de Bell en utilisant trois particules ou plus.

© 2019 Réseau Science X