ضبط حرکت فوتون های در حال پرواز با سریع ترین دوربین ماوراء بنفش جهان

ساینسیو – به نقل از ایسنا، از آنجایی که ذرات ریز با سرعت نور حرکت می کنند، برای ضبط فوتون ها یک ماشین پیچیده لازم است و یک تیم بین المللی از محققان اکنون یکی از این ماشین ها را سر هم کرده اند تا این کار را ممکن کنند.

این دستگاه که سریع ترین دوربین ماوراء بنفش جهان لقب گرفته است، قادر به ضبط رویدادهای بسیار سریعی است که فقط یک پیکو ثانیه طول می کشند، یعنی به اندازه کافی سریع است که پروازهای فوتون های ماوراء بنفش در هوا را به صورت لحظه ای ثبت کند.

این دستگاه حاصل تلاش انستیتوی تحقیقات ملی کانادا است و “UV-CUP” نام دارد که مخفف “عکسبرداری فوق سریع فشرده ماوراء بنفش” است.

روش “CUP” یک تکنیک تصویربرداری در حال ظهور است که برای ثبت وقایع فوق سریع در سرعت تریلیون فریم در ثانیه استفاده می شود، اما تاکنون به طول موج های مرئی و نزدیک به مادون قرمز محدود شده بود.

“جینیانگ لیانگ” سرپرست این مطالعه می گوید: بسیاری از پدیده هایی که در مقیاس های زمانی بسیار کوتاه اتفاق می افتند در مقیاس مکانی بسیار کمی اتفاق می افتند. برای دیدن آنها، باید طول موج کوتاه تری را حس کنیم. انجام این کار در محدوده اشعه ماوراء بنفش یا حتی اشعه ایکس گام قابل توجهی در جهت رسیدن به این هدف است.

محققان برای دستیابی به این هدف، ابتدا باید یک “فوتو کاتد” ویژه ایجاد کرده و آن را در آنچه که به عنوان دوربین خطی شناخته می شود، ادغام می کردند که دستگاهی است که به طور خاص برای اندازه گیری پدیده های نوری فوق العاده سریع ساخته شده است.

“لیانگ” می گوید تیم تحقیقات همچنین نیاز به ایجاد یک الگوریتم جدید برای ثبت داده ها و ساخت یک تصویر از آن داشت.

وی توضیح داد: ما برای کار با این دوربین به دو مرحله نیاز داریم. اول، اطلاعات موجود در رویداد گذرا به یک عکس فوری در جمع آوری داده ها فشرده می شوند. بنابراین، این عکس فوری بدست آمده چیزی شبیه عکس گرفته شده توسط یک دوربین عادی نیست. دوم، این عکس فوری به یک الگوریتم بازسازی برای تبدیل به یک فیلم داده می شود. این فیلم با مدت زمانی در محدوده پیکو ثانیه تا نانو ثانیه قابل مشاهده است.

این تصاویر از پالس های ماوراء بنفش، فوتون ها را در زمان واقعی نشان می دهد که با استفاده از یک دستگاه جمع و جور با سرعت تصویربرداری 0.5 تریلیون فریم در ثانیه ثبت شده است.

این تیم امیدوار است با بررسی مواد جایگزین فوتوکاتد که در حال حاضر کارایی محدودی دارد، دوربین خود را بیشتر بهبود بخشد. افزایش سرعت الگوریتم و ساخت تصویر با کمک هوش مصنوعی هدف دیگر آنها است.

دوربین “UV-Cup” اکنون در راه رسیدن به یک آزمایشگاه تحقیقاتی در فرانسه است، جایی که برای ضبط پدیده های مختلف فیزیکی مورد استفاده قرار خواهد گرفت. این کار می تواند شامل تولید پلاسمای لیزر و فلورسانس ماوراء بنفش باشد که می تواند به بهبود تکنیک های تصویربرداری پزشکی برای تشخیص بیماری ها کمک کند.

این تحقیق در مجله Laser & Photonics Review منتشر شده است.