Учёные создали изображения сорго при свете, в тысячи раз слабее звездного.
Этот метод позволяет изучать растения без нанесения им вреда.
Изучение растений учеными необходимо для различных хозяйственных целей, в том числе для производства биотоплива. Цель состоит в оптимизации их роста и поддержании здоровья для повышения урожайности, устойчивости к болезням, вредителям и неблагоприятным погодным условиям.
В ходе исследования американские ученые наблюдали за происходящим в живом сорге без нанесения ему вреда. опубликовано в журнале Optica.
Для детального изучения процессов в растении приходится срезать его, вводить внутрь специальные метки или подвергать вредным уровням светового излучения, вызывающим стресс или повреждающим ткани. Метки и красители позволяют исследователям наблюдать детали растения и его состояние на микроуровне, но могут нарушать естественные процессы.
Метод квантовой призрачной визуализации (Quantum Ghost Imaging, QGIПредлагаемый способ обеспечивает получение изображений в условиях крайне слабой освещенности. Также повышает качество изображений в спектральных диапазонах, где классические камеры функционируют недостаточно эффективно и не способны сформировать резкое изображение. используетЭффект спонтанного параметрического двойного рассеяния SPDCДля создания пары связанных фотонов один из них, именуемый сигнальным, применяется для формирования изображения, а другой, называемый идлером, используется для измерения и корреляции с сигнальным. У фотонов различаются длины волн: у сигнального — в инфракрасном диапазоне, у идлера — в видимом.
Идлер продвигается сквозь растительность, сталкиваясь с водой внутри неё. попадаетНаправляя сигнальный фотон на один из детекторов, а затем — на второй, учёные сравнивают полученную информацию. Такое сопоставление позволяет сделать заключения о предмете, подвергнутом облучению, и составить его изображение.
Ученые поместили растения сорго, кинзу и папоротник в световой поток интенсивностью три аттоватта на квадратный сантиметр. Затем с помощью инфракрасного света обнаружили специфические химические вещества, видимые в этом диапазоне, а также видимый свет.
Способ, не причиняющий вреда растительности, исследует образец под воздействием лучей определенной длины волны, а изображение создается с помощью кореллируемых фотонов иной длины волны. Разделение спектров. устраняетНеобходимость высокочувствительных детекторов в ближнем инфракрасном диапазоне позволяет снижать требуемую интенсивность освещения. Для регистрации света, пройдящего через растение, достаточно детектора одиночных фотонов.
Учёным удалось выполнить квантовую «призрачную» визуализацию с невероятной чувствительностью и контрастностью. Растения, используемые в исследованиях, остались неповреждёнными.
Благодаря бесконтактной инфракрасной визуализации учёные получают сведения о важных растительных процессах. наблюдатьФотосинтез и вариации влажности.
Применение QGIПовышает возможности визуализации живых объектов в условиях крайне слабого освещения.