Wissenschaftler messen die Entfernung mit einem Laser, der auf Quantenrauschen genau ist

Mit Laserstrahlen lässt sich die Position oder Geschwindigkeit eines Objekts genau messen. Aber dafür ist es üblich

Hierfür ist eine klare und freie Sicht erforderlichObjekt. Diese Bedingung ist nicht immer realisierbar. In der Biomedizin werden beispielsweise Strukturen untersucht, die in unregelmäßigen und komplexen Umgebungen vorkommen. Unter solchen Bedingungen wird der Laserstrahl einfach abgelenkt, gestreut oder gebrochen.

Wissenschaftler der Universität Utrecht und der TU Wienwaren in der Lage, selbst unter solch schwierigen Bedingungen Messungen mit einer bestimmten Genauigkeit zu erhalten. Sie modifizierten den Laserstrahl gezielt so, dass er in einer ungeordneten Umgebung die gewünschten Informationen lieferte.

„Die maximal mögliche Messgenauigkeit istein zentrales Element aller Naturwissenschaften“, sagt Stefan Rotter von der TU Wien. „Zum Beispiel werden in der riesigen LIGO-Anlage, die zur Detektion von Gravitationswellen dient, Laserstrahlen auf einen Spiegel geschickt und Änderungen im Abstand zwischen Laser und Spiegel mit äußerster Präzision gemessen.“

Es funktioniert nur deshalb so gut, weil der Laserstrahl ein Ultrahochvakuum durchläuft.

„Aber stellen wir uns eine Glasscheibe vor, nichtPerfekt transparent, aber rau und unpoliert wie ein Fenster in einem Badezimmer “, fährt Allard Mosk von der Universität Utrecht fort. „Licht geht natürlich vorbei, wird aber gebrochen. Lichtwellen ändern und streuen, so dass wir das Objekt auf der anderen Seite des Fensters mit bloßem Auge nicht genau sehen können. " Eine ähnliche Situation tritt auf, wenn winzige Objekte im biologischen Gewebe untersucht werden müssen: Eine ungeordnete Umgebung stört den Lichtstrahl. Dann verwandelt sich ein einfacher, regelmäßiger, gerader Laserstrahl in eine komplexe Wellenstruktur, die sich in alle Richtungen ablenkt.

Aber wenn Sie genau wissen, was die störende Umgebung damit machtLichtstrahl kann die Situation geändert werden, indem ein komplexes Wellenmuster anstelle eines einfachen direkten Laserstrahls erzeugt wird, der genau in die gewünschte Form umgewandelt wird. wegen der Unruhen und Erschütterungen genau dort, wo Sie das beste Ergebnis wollen. „Um dies zu erreichen, muss man nicht einmal genau wissen, um welche Verstöße es sich handelt“, erklärt Dorian Boucher, der Erstautor der Studie. "Es reicht aus, zuerst eine Reihe von Testwellen durch das System zu senden, um zu untersuchen, wie sie sich durch das System ändern."

Die Methode wurde experimentell in bestätigtUniversität Utrecht: Laserstrahlen wurden in Form einer trüben Platte durch ein ungeordnetes Medium gerichtet. Die Forscher berechneten dann die optimalen Wellen, um das Objekt außerhalb der Platte zu analysieren - dies wurde mit Nanometergenauigkeit durchgeführt.

Wissenschaftler konnten zeigen, dass die Methode nicht nur istfunktioniert, ist aber auch im physikalischen Sinne optimal: "Die Genauigkeit unserer Methode ist nur durch das sogenannte Quantenrauschen begrenzt", erklärt Allard Mosk. "Dieses Rauschen kommt von der Tatsache, dass Licht aus Photonen besteht - nichts kann dagegen getan werden."

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