• тeлeскoп
• исслeдoвaниe
• aстрoфизикa

Исслeдoвaтeли из Унивeрситeтa Тoрoнтo прoдeмoнстрирoвaли спoсoб увeличить рaзрeшeниe микрoскoпoв и тeлeскoпoв зa дaвнo принятыe oгрaничeния, испoльзуя рaнee игнoрируeмыe свoйствa свeтa.

Мeтoд пoзвoляeт нaблюдaтeлям рaзличaть oчeнь нeбoльшиe или удaлeнныe oбъeкты, кoтoрыe нaxoдятся тaк близкo друг к другу, чтo oбычнo oни сливaются в eдинoe пятнo.

Тeлeскoпы и микрoскoпы идeaльнo пoдxoдят для нaблюдeния oдинoчныx прeдмeтoв. Нaпримeр, учeныe мoгут тoчнo oбнaружить и измeрить oдну дaлeкую звeзду. Чем дольше они наблюдают, тем более рафинированными становятся их данные. Но обычный метод наблюдения не работает для объектов, таких как тесные двойные звезды.

Это потому, что любые, даже самые лучшие телескопы подчиняются законам физики, которые заставляют свет размываться. Если две звезды находятся так близко друг к другу, что их свет перекрывает друг друга, никакое количество наблюдений не сможет разделить их. Их индивидуальная информация безвозвратно теряется.

Более 100 лет назад, британский физик Джон Уильям Страт — более известный как Лорд Рэлей — установил минимальное расстояние между объектами, необходимое для телескопа, чтобы различить каждый объект по отдельности. «Критерий Рэлея» выстоял в качестве неотъемлемого ограничения области оптики до сих пор.

Хотя телескопы регистрируют только «интенсивность» или яркость света, свет имеет и другие свойства, которые в настоящее время, как предполагается, позволяют обойти рэлеевский критерий.

«Чтобы преодолеть ‘проклятие Рэлея’, мы должны сделать что-то необычное и умное,» говорит профессор Aephraim Steinberg, физик Центра квантовой информации и квантового управления, и старший научный сотрудник в программе квантовой теории информации в Канадском институте перспективных исследований. Он ведущий автор статьи, опубликованной в журнале Physical Review Letters.

Некоторые из этих умных идей были удостоены в 2014 году Нобелевской премии по химии, отмечает Steinberg, но все эти методы все еще полагаются только на интенсивности, ограничивая ситуации, в которых они могут быть применены.

«Мы измерили еще одно свойство света называемое ‘фаза’. И фаза дает столько же информации об источниках, которые расположены очень близко друг к другу, как это делают телескопы, с большой раздельной способностью. Мы пытались придумать простую вещь, которую смогли бы сделать», говорит Стейнберг. «Для того, чтобы работать с фазой, необходимо замедлить волну, и свет, на самом деле, легко замедлить.»

Его команда, в том числе студенты Вэн Киан и Хью Ferretti, разделили тестовые изображения. Свет от каждой половины проходит через стекло различной толщины, которая замедляет волны разное количество раз, изменяя их соответствующие фазы. Когда пучки рекомбинируют, они создают четкие интерференционные картины, которые говорят исследователи, содержат исходное изображение одного объекта или обоих — на разрешениях далеко за пределами рэлеевского критерия.

До сих пор команда Штейнберга опробовала метод только в искусственных ситуациях, связанных с весьма ограниченными параметрами. Эта передовая идея имеет потенциальные возможности применения как в наблюдении за космосом, а также в микроскопии, где этот метод может быть использован для изучения связанных молекул и других мелких, плотно упакованных структур.

Вне зависимости от того, на сколько измерения фазы в конечном счете, улучшат разрешение изображения, Steinberg говорит, что истинное значение эксперимента заключается в перетряхивании концепции физиков «где находится информация на самом деле.»

«Когда мы, например, измеряем квантовые состояния, у нас есть нечто, называемое принцип неопределенности, который говорит, что вы можете посмотреть на положение или скорость, но не на оба сразу. Вы должны выбрать то, что вам необходимо измерить. Когда вы измерили интенсивность, вы сделали выбор, и вы выбросили информацию. То, что вы узнаете, зависит от того, куда вы смотрите.»