Pre oko 100 godina čovečanstvo je naučilo da vidi uz pomoć elektrona. Godine 1924. Luj de Brolj je postavio da – kao i čestice svetlosti – elektroni imaju talasna svojstva. Godine 1927, američki fizičari Davisson i Germer pružili su eksperimentalni dokaz za ovo.
Nekoliko godina kasnije, inženjeri Ernst Ruska i Maks Knol napravili su prvi elektronski mikroskop, koji je bio moćniji od bilo kog svetlosnog mikroskopa. S obzirom da se elektronski talasi difraktuju na mnogo manjim objektima od fotona, granica optičke rezolucije svetlosti je prevaziđena, najavljujući novu eru mikroskopije.
„Elektronska mikroskopija je luda, kul tehnika“, kaže Philipp Haslinger, vanredni profesor na TU Vien. „U principu, mogli bismo ga koristiti da pogledamo šiljaste proteine virusa ili njegovu DNK — na nivou atoma, piksela stvarnosti.
Haslinger, specijalista za kvantnu optiku, namerno kaže „mogao bi“, jer postoji začkoljica: elektroni su obično toliko bogati energijom da uništavaju osetljive uzorke. Iz tog razloga, biološki procesi se ne mogu posmatrati „uživo“ elektronskim mikroskopom.
Prema Haslingeru, postoji jedno moguće rešenje: „Dobijanje više informacija od manjeg broja elektrona“. U potrazi za ovim ciljem, njegov tim od 11 članova koristi „kvantnu elektronsku mikroskopiju“, koja kombinuje klasičnu elektronsku mikroskopiju sa novijim svetom kvantne optike zasnovane na fotonima.
Jedna od njihovih mogućih ideja zasnovana je na metodi koja nosi evokativni naziv „kvantna slika duhova“ ili Zou-Vang-Mandel efekat. U ovoj metodi, isprepleteni par elektron-foton generiše sliku objekta.
Ovako to funkcioniše: prvo, elektron juri kroz providni medij i „prestiže“ svetlost tamo, „pomalo kao avion koji ide nadzvučno“, objašnjava Haslinger. Ovo stvara foton, za koji se smatra da je zapetljan sa elektronom. Dok elektron putuje prema uzorku, foton ulazi u detektor kamere. Pošto su njih dvoje upleteni, foton se može koristiti za merenje da li je elektron udario u uzorak. Ako se otkriveni fotoni mogu uspešno rešiti u prostoru, može se konstruisati slika objekta.
Barem, ovo je teorija koja stoji iza pristupa objavljenog u časopisu Kvantna nauka i tehnologija. „Nekoliko istraživačkih grupa širom sveta radi na uspostavljanju prvog dokaza ove zapetljanosti — a mi smo na prvoj liniji fronta“, kaže Haslinger. U praksi, inovativne ideje su pune tehničkih izazova. Tim je prvo morao da prilagodi postojeći mikroskop. „Uobičajeno, elektronski mikroskopi se prave potpuno zatvoreni od svetlosti — ali mi bušimo rupe u njima tako da fotoni mogu da pobegnu kako bi bili izmereni“, kaže fizičar.
Ono što je sada potrebno je dokaz principa da metoda može da generiše parove elektron-foton. „U stvari, to bi se moglo dogoditi svakog dana“, nada se Haslinger. „Već smo snimili sliku duha. Tako da smo mogli da vidimo pomoću elektrona ono što je foton ‘video’.“ Sada tražimo dokaze o fenomenu interferencije između dve čestice. Pronalaženje ovog dokaza bi nam dalo jasan dokaz zapetljanosti.
Utvrđena varijanta snimanja duhova koja koristi isprepletene parove foton-foton dokazala je svoju vrednost kada se posmatraju posebno osetljivi objekti na svetlost. Ako Haslingerov plan uspe, ovaj štedljivi tretman uzorka bi se po prvi put mogao kombinovati sa visokom optičkom rezolucijom elektrona.
Takav razvoj bi otvorio obećavajuće primene, na primer, u istraživanju baterija: molekularne i atomske promene na površinama materijala tokom punjenja i pražnjenja bi se mogle bolje posmatrati i to bi pomoglo da se identifikuju optimizovani materijali. Takođe mogu postojati spektakularni novi uvidi u biologiju, kao što je posmatranje proteina dok se savijaju, a da se ne razbiju tokom zračenja.
„Gledati život kako se dešava, to bi bio san“, sija Haslinger. Pre dobrih 20 godina, kao mlad student fizike, pohađao je predavanja Antona Cajlingera, koji ga je zainteresovao za kvantnu optiku. Sada bi on i njegove kolege mogli da unesu novi kvalitet u elektronsku mikroskopiju, čija je istorija počela pre jednog veka.
