L’imaging quantistico fantasma (quantum ghost imaging ), una tecnica emergente basata sull’entanglement quantistico, sta aprendo nuove possibilità per l’imaging non invasivo di campioni biologici, in particolare delle piante.
Nella foto: il coriandolo è una delle piante utilizzate nell’esperimento
Questa tecnica utilizza una fonte di luce per creare due fotoni: uno interagisce con il campione (infrarosso per le piante) e l’altro viene rilevato da una telecamera ad alta risoluzione (luce visibile). Ciò che rende unico questo metodo è che l’immagine viene ricostruita senza che i fotoni tocchino fisicamente la pianta, permettendo un minimo disturbo durante l’imaging.
Questa scoperta, promossa da ricercatori come Duncan Ryan, sulla rivista “Optica”, affronta una sfida importante nella biologia vegetale: osservare le piante nel loro stato naturale, specialmente in condizioni di scarsa luminosità o durante i processi notturni. I metodi tradizionali richiedono spesso una luce intensa che interferisce con la fotosintesi e altre funzioni biologiche, rendendo difficile osservare comportamenti naturali come l’uso dell’acqua da parte delle piante o le loro reazioni all’ambiente.
Nell’imaging quantistico fantasma, i fotoni sono entangled, il che significa che le misurazioni di un fotone forniscono informazioni precise sul suo partner. Ad esempio, i ricercatori possono indirizzare i fotoni infrarossi, che interagiscono meglio con le molecole ricche d’acqua, sulla pianta. Questi fotoni vengono assorbiti in punti specifici e un rilevatore altamente sensibile registra l’interazione. I fotoni visibili, che non toccano mai la pianta, vengono rilevati da una telecamera. Utilizzando algoritmi avanzati, il sistema correla i due set di dati, creando un’immagine a infrarossi che rivela i processi interni della pianta.
Questo metodo offre numerosi vantaggi. In primo luogo, consente osservazioni in tempo reale di processi vegetali come l’apertura e la chiusura degli stomi, piccoli pori nelle foglie che regolano lo scambio gassoso. Grazie all’imaging quantistico fantasma, questi processi possono essere osservati senza introdurre luce eccessiva, che altrimenti potrebbe alterarne il comportamento naturale. Inoltre, i ricercatori possono monitorare come le piante utilizzano l’acqua e la luce solare durante il loro ciclo circadiano, fornendo preziose informazioni sulla salute e i modelli di crescita delle piante.
La tecnica ha anche potenziali applicazioni al di fuori della biologia vegetale. Potrebbe essere adattata a scopi medici, dove i tessuti sono estremamente sensibili alla luce, o per usi di sicurezza e militari, dove l’imaging in condizioni di scarsa luminosità e non rilevabile è cruciale. Con l’introduzione di nuovi rilevatori a diodo a valanga a singolo fotone (SPAD), che offrono una risoluzione temporale senza precedenti, la precisione e la velocità dell’imaging quantistico fantasma continueranno a migliorare, aprendo la strada a ulteriori applicazioni in diversi campi scientifici.
L’imaging quantistico fantasma rappresenta un notevole progresso nello studio delle piante e di altri campioni sensibili alla luce. Sfruttando l’entanglement quantistico, consente ai ricercatori di studiare le funzioni biologiche in modo minimamente invasivo, offrendo nuove prospettive sia nella biologia vegetale sia in altre aree come l’imaging medico e la sicurezza.
20 settembre 2024
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