Oko rejestruje pojedynczy foton

| Nauki przyrodnicze
Mome23kjnc, GNU FDL

Na University of Illinois at Urbana-Champaign udało się odpowiedzieć na postawione przed 70 laty pytanie o granice czułości ludzkiego wzroku. Okazało się, że jesteśmy w stanie wykryć pojedynczy foton. W końcu odpowiedzieliśmy na pytanie, czy człowiek może zobaczyć pojedynczy foton - tak, może - cieszy się Paul Kwiat, specjalista ds. optyki kwantowej. Najbardziej zadziwiające jest, że nie tyle widzimy to światło, co je czujemy. To coś na granicy wyobraźni - mówi Alipasha Vairi, fizyk z Rockefeller University, który stał na czele grupy badawczej i prowadził eksperymenty również na sobie.

Technika wykorzystana podczas badań może posłużyć również do sprawdzenia, w jaki sposób właściwości kwantowe, takie jak np. jednoczesna obecność fotonu w dwóch miejscach, wpływają na systemy biologiczne.

Naukowcy wiedzieli od pewnego czasu, że komórki pręcików oczu żaby reagują na pojedyncze fotony. Jednak, jako że siatkówka filtruje szum z obrazu, nie było jasne, czy reakcja pręcika na foton wytworzy sygnał, który jest w stanie dotrzeć do mózgu. W ubiegłym roku Rebecca Holmes, która współpracuje z Kwiatem, przeprowadziła badania (jeszcze nieopublikowane), z których wynikało, że ludzkie oczy reagują na zestaw trzech fotonów. Teraz Vaziri przeprowadził eksperyment z pojedynczym fotonem.
W eksperymencie wzięło udział trzech ochotników. Najpierw przez 40 minut siedzieli oni w kompletnych ciemnościach. Następnie mieli się patrzeć w specjalny system optyczny. Gdy naciskali guzik słyszeli dwa sygnały dźwiękowe, które następowały sekundę jeden po drugim. Czasem jednemu z tych sygnałów towarzyszyła emisja pojedynczego fotonu. Zadaniem badanych było stwierdzenie, kiedy foton został wyemitowany i określenie, w skali 1-3, na ile są pewni, że do emisji doszło.

W sumie wszyscy trzej ochotnicy mieli do czynienia z 2400 próbami, w czasie których foton wyemitowano i ze znacznie większą liczbą takich, podczas których foton się nie pojawił. W wielu przypadkach się mylili, co nie jest zaskakujące, biorąc pod uwagę fakt, że ponad 90% fotonów docierających do naszych oczu nigdy nie trafia do pręcików, gdyż są absorbowane lub odbijane od innych części oka. Jednak liczba prawidłowych odpowiedzi była wyższa niż wynikałoby to tylko z przypadkowego zgadywania, a tam, gdzie odpowiedź była prawidłowa badani oceniali ją jako bardziej pewną niż tam, gdzie się mylili.

Nie wszyscy naukowcy są przekonani do powyższego eksperymentu. Leonid Krivitskiy z singapurskiej Agencji Nauki, Technologii i Badań mówi, że w eksperymencie powinno wziąć udział więcej osób i nie powinni być to wyłącznie mężczyźni, gdyż wzrok kobiet i mężczyzn nieco się różni. Przyznaje jednak, że eksperyment został dobrze zaprojektowany i może dać odpowiedź na pytanie o możliwość wyłapania pojedynczego fotonu przez ludzkie oko.

Vaziri planuje teraz przeprowadzenie eksperymentów badających, w jaki sposób oczy reagują na fotony znajdujące się w różnych stanach kwantowych. Szczególnie interesuje go superpozycja. Chce odpowiedzieć na pytanie, czy ludzki mózg jest w stanie ją zarejestrować.

Autor:

Źródło: Scientific American

oko foton człowiek