فوٹون کا کوانٹم اینگلمنٹ مائکروسکوپ ریزولوشن کو دگنا کرتا ہے۔
کوانٹم فزکس کے ایک "عجیب" رجحان کا استعمال کرتے ہوئے، Caltech محققین نے روشنی خوردبین کی قرارداد کو دوگنا کرنے کا ایک طریقہ دریافت کیا ہے۔
نیچر کمیونیکیشنز کے جریدے میں شائع ہونے والے ایک مقالے میں، میڈیکل انجینئرنگ اور الیکٹریکل انجینئرنگ کے برین پروفیسر لیہونگ وانگ کی سربراہی میں ایک ٹیم، نام نہاد کوانٹم اینگلمنٹ کے ذریعے مائکروسکوپی میں آگے بڑھنے کا مظاہرہ کرتی ہے۔ کوانٹم اینگلمنٹ ایک ایسا رجحان ہے جس میں دو ذرات آپس میں جڑے ہوتے ہیں تاکہ ایک کی حالت دوسرے کی حالت سے منسلک ہو، قطع نظر اس کے کہ ذرات ایک دوسرے کے قریب ہوں۔ البرٹ آئن سٹائن نے کوانٹم اینگلمنٹ کو "فاصلے پر ڈراونا عمل" کہا کیونکہ اس کی وضاحت ان کے نظریہ اضافیت سے نہیں کی جا سکتی تھی۔
کوانٹم تھیوری کے مطابق کسی بھی قسم کا ذرہ الجھا جا سکتا ہے۔ وانگ کی نئی مائکروسکوپی تکنیک میں، جسے اتفاق کوانٹم مائکروسکوپی (QMC) کہا جاتا ہے، الجھے ہوئے ذرات فوٹون ہیں۔ اجتماعی طور پر، دو الجھے ہوئے فوٹون کو دو فوٹوون کہا جاتا ہے، اور اہم بات یہ ہے کہ وانگ کی خوردبین کے لیے، وہ کچھ طریقوں سے ایک ہی ذرّہ کی طرح برتاؤ کرتے ہیں جس کی رفتار ایک ہی فوٹوون سے دوگنا ہوتی ہے۔
چونکہ کوانٹم میکینکس کا کہنا ہے کہ تمام ذرات بھی لہریں ہیں، اور لہر کی طول موج ذرہ کی رفتار کے الٹا متناسب ہے، اس لیے مومینٹم والے ذرے کی طول موج چھوٹی ہوتی ہے۔ لہذا، چونکہ ایک دو فوٹوون کی رفتار ایک فوٹوون کی دو گنا ہوتی ہے، اس لیے اس کی طول موج ایک ہی فوٹوون کی نصف ہوتی ہے۔
یہ QMC کے کام کرنے کے طریقے کی کلید ہے۔ خوردبین صرف ان اشیاء کی تصویر کشی کر سکتی ہے جن کا سب سے چھوٹا سائز خوردبین کے ذریعے استعمال ہونے والی روشنی کی طول موج سے نصف ہے۔ اس روشنی کی طول موج کو کم کرنے کا مطلب ہے کہ خوردبین چھوٹی چیزوں کو دیکھ سکتی ہے، ریزولوشن کو بہتر بناتی ہے۔
خوردبینوں میں استعمال ہونے والی روشنی کی طول موج کو کم کرنے کا واحد طریقہ کوانٹم الجھنا نہیں ہے۔ مثال کے طور پر، سبز روشنی میں سرخ روشنی سے کم طول موج ہوتی ہے، اور بنفشی روشنی میں سبز روشنی سے کم طول موج ہوتی ہے۔ لیکن کوانٹم فزکس کے ایک اور نرالا کی وجہ سے، چھوٹی طول موج والی روشنی زیادہ توانائی لے کر جاتی ہے۔ لہٰذا ایک بار جب آپ روشنی کے سامنے آتے ہیں جس کی طول موج چھوٹی چیزوں کی تصویر بنانے کے لیے کافی کم ہوتی ہے، تو روشنی اتنی توانائی لے جاتی ہے کہ یہ تصویر بننے والی چیز کو نقصان پہنچا سکتی ہے، خاص طور پر جاندار چیزوں جیسے خلیات۔ یہی وجہ ہے کہ بہت مختصر طول موج الٹرا وائلٹ (UV) شعاعیں آپ کو دھوپ کا باعث بن سکتی ہیں۔
اس حد کو دو فوٹوون استعمال کرکے ختم کیا جاتا ہے، جو طویل طول موج والے فوٹوون کی کم توانائی لے کر جاتے ہیں، جبکہ بیک وقت اعلی توانائی والے فوٹوون کی کم طول موج رکھتے ہیں۔
"خلیات UV روشنی کو پسند نہیں کرتے،" وانگ نے کہا۔ "تاہم، اگر ہم 400-نانو میٹر روشنی کا استعمال کرتے ہوئے خلیات کی تصویر بنا سکتے ہیں اور 200-نینو میٹر روشنی کا اثر حاصل کر سکتے ہیں، جو کہ الٹرا وائلٹ لائٹ ہے، تو خلیے خوش ہوتے ہیں اور ہمیں الٹرا وائلٹ ریزولوشن ملتا ہے۔
اسے حاصل کرنے کے لیے، وانگ کی ٹیم نے ایک نظری آلہ بنایا جو لیزر کی روشنی کو ایک خاص کرسٹل میں چمکاتا ہے جو اس سے گزرنے والے کچھ فوٹونز کو دو فوٹونز میں تبدیل کرتا ہے۔ یہاں تک کہ اس مخصوص کرسٹل کے ساتھ، یہ سوئچ انتہائی نایاب ہے، جو ایک ملین میں سے ایک فوٹون کے حکم پر ہوتا ہے۔ آئینے، عینک اور پرزم کی ایک سیریز کا استعمال کرتے ہوئے، ہر دو فوٹوون - مؤثر طریقے سے دو مجرد فوٹون پر مشتمل ہے - کو تقسیم کیا جاتا ہے اور دو راستوں پر بند کیا جاتا ہے، اس لیے جوڑے ہوئے فوٹون میں سے ایک تصویر بننے والی شے سے گزرتا ہے اور دوسرا نہیں ہوتا۔ .
وہ فوٹان جو آبجیکٹ سے گزرتے ہیں انہیں سگنل فوٹان کہتے ہیں، اور جو فوٹونز آبجیکٹ سے نہیں گزرتے وہ آئیڈیل فوٹون کہلاتے ہیں۔ اس کے بعد وہ فوٹون مزید آپٹکس کے ذریعے اس وقت تک جاری رہتے ہیں جب تک کہ وہ کمپیوٹر سے جڑے ایک ایسے ڈٹیکٹر تک نہ پہنچ جائیں جو سگنل فوٹونز کے ذریعے لی جانے والی معلومات کی بنیاد پر سیل کی تصویر بناتا ہے۔ حیرت انگیز طور پر، آبجیکٹ کی موجودگی اور اس کے الگ الگ راستوں کے باوجود، جوڑے ہوئے فوٹون دو فوٹوون کے طور پر الجھے رہے، جو نصف طول موج پر برتاؤ کرتے تھے۔
لیب اس قسم کی دو فوٹون امیجنگ کی تحقیقات کرنے والی پہلی نہیں ہے، لیکن یہ کام کرنے کا نظام بنانے کے لیے تصور کا استعمال کرنے والی پہلی ہے۔ "ہم نے اسے تیار کیا جسے ہم سوچتے تھے کہ ایک سخت نظریہ تھا اور الجھن کی تیز، زیادہ درست پیمائش۔ ہم نے خوردبین ریزولوشن اور سیلولر امیجنگ حاصل کی۔
اگرچہ نظریاتی طور پر فوٹون کی تعداد کی کوئی حد نہیں ہے جو ایک دوسرے کے ساتھ الجھ سکتے ہیں، لیکن ہر اضافی فوٹون نتیجے میں ملٹی فوٹون کی رفتار کو مزید بڑھاتا ہے جبکہ اس کی طول موج کو مزید کم کرتا ہے۔
مستقبل کی تحقیق مزید فوٹون کو الجھا سکتی ہے، حالانکہ وہ نوٹ کرتا ہے کہ ہر اضافی فوٹون کامیاب الجھنے کے امکان کو مزید کم کر دیتا ہے، جو پہلے ہی ایک ملین میں سے ایک تک کم ہے، جیسا کہ اوپر بتایا گیا ہے۔
