بیگ بنگ: چقدر تاریکی لازم است تا چشم انسان قادر به دیدن نباشد؟ یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه راکفلر به همراه موسسه تحقیقاتی آسیب شناسی مولکولی در استرالیا به تازگی دریافته‌اند که چشم انسان قادر است حتی وجود یک فوتون، کوچک‌ترین واحد اندازه‌گیری نور، را شناسایی کند. این در حالی است که مطالعات پیشین حاکی از آن بودند که در نور کمتر از 5 تا 7 فوتون، چشم انسان قادر به تشخیص نور نبوده و به تاریکی خو می‌گیرد.

به گزارش بیگ بنگ، این تحقیقات با هدایت علی پاشا وزیری، دانشیار و سرپرست آزمایشگاه نوروتکنولوژی و بیوفیزیک در دانشگاه راکفلر به همراه یک گروه تحقیقاتی در موسسه آسیب شناسی مولکولی صورت گرفته است.

دقت چشمگیر

به گفته وزیری، بسیار شگفت انگیز است که یک فوتون، کوچک‌ترین ذره فیزیکی با خواص کوانتومی که نور از آن ساخته شده، با یک سیستم بیولوژیکی متشکل از میلیاردها سلول، در محیطی گرم و مرطوب در تعامل است. او همچنین اضافه می‌کند علیرغم پارازیت‌های موجود در محیط، عکس العملی که فوتون از خود بروز می‌دهد، تا رسیدن به سطح آگاهی ما باقی می‌ماند. در حالیکه هر ردیاب ساخت بشر برای داشتن چنین رفتاری نیاز به خنک شدن و دور ماندن از پارازیت دارد.

علاوه بر ثبت توانایی چشم انسان در تشخیص یک فوتون، محققان دریافتند که احتمال این تشخیص زمانی افزایش می‌یابد که فوتون دوم چند ثانیه قبل از آن تابانیده شده باشد. اینطور به نظر می‌رسد که یک فوتون سیستم را برای ثبت فوتون بعدی “آماده می‌سازد”.

منبع نور کوانتومی

به گفته وزیری، آزمایش‌های پیشین که برای ارزیابی حساسیت چشم انسان طراحی شده بودند، از تکنولوژی مناسب برخوردار نبودند. او اضافه کرد طراحی منبعی از نور که دقیقا شامل یک یا تعداد مشخصی فوتون باشد، کار ساده‌ای نیست؛ چرا که تعداد فوتون‌ها در یک منبع نور کلاسیک از قبیل لامپ و یا لیزر از توزیع‌های آماری خاصی تبعیت می‌کنند. با وجود اینکه می‌توان منبع نور را تضعیف نمود تا تعداد فوتون‌ها کاهش یابد، اما باز هم نمی‌توان تعداد دقیق فوتون‌ها را تعیین کرد.

تیم وزیری از دستگاه نورپردازی به نام “تبدیل-پایین پارامتری خود بخودی” و یا SPDC استفاده کردند که غالبا در مطالعات و اپتیک‌های کوانتومی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این دستگاه، فوتون با انرژی بالا را به کریستال غیر خطی تجزیه می‌کند. در این مرحله، دقیقا دو فوتون با رنگ کامل تولید می‌شوند. در آزمایش‌های صورت گرفته، یکی از دو فوتون به چشم فرد مورد آزمایش و دیگری به یک دستگاه ردیاب، تابانیده شد. در این آزمایش، دانشمندان قادر بودند زمان رسیدن هر فوتون به چشم را رصد کنند.

اولین مدرک

در این تحقیقات، وزیری و همکارانش منبع نور را با یک پروتوکل روان-فیزیک بی سابقه به نام”انتخاب اجباری یکی از دو گزینه” و یا 2AFC ترکیب کردند و به دفعات از افراد مورد آزمایش خواستند تا  فاصله ی زمانی که شامل یک فوتون است را از دیگری که خالی است، تشخیص دهند. نتایج بیش از 30000 داده جمع‌آوری شده نشان داد که انسان قادر است یک فوتون تابانیده شده به چشم را با احتمالی بسیار بیشتر از تصادف تشخیص دهد.

به گفته وزیری، آنچه اکنون می‌خواهیم بدانیم این است که چگونه یک سیستم بیولوژیکی چنین حساسیتی را کسب کرده است؟ چگونه چنین قابلیتی را در حضور پارازیت بدست آورده است؟ آیا این مکانیسم تنها به بینایی محدود می‌شود و یا می‌تواند اطلاعات جامع‌تری در زمینه ی چگونگی عملکرد سیستم‌های دیگر در تشخیص سیگنال‌های ضعیف و در حضور پارازیت به ما ارائه کند؟ جزئیات بیشتر این پژوهش در Nature Communications منتشر شده است.

ترجمه: معصومه پژوهش نیا/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: phys.org