אטומים חמים יכולים להקפיא תמונות

חוקרים מהטכניון וממכון ויצמן מצאו שיטה לביטול תופעת השבירה (דיפרקציה) הגורמת לטשטוש תמונות במהלך תנועתן בחלל הפתוח

חוקרי הטכניון ומכון ויצמן מצאו שיטה לבטל באמצעות תווך מיוחד של אטומים חמים את תופעת הדיפרקציה (שבירה) הגורמת לתמונות שנישאות על קרני אור ומתקדמות במהירות האור – לאבד את חדותן. עבודתם פורסמה באחרונה בכתב העת המדעי Physical Review Letters.

“אנו נמצאים בעיצומה של מהפיכת המידע, ומאמץ רב מושקע בשיפור טכנולוגיות לעיבוד, שידור ושמירת מידע”, מסבירים החוקרים. “אחד מתחומי המחקר המרתקים הוא עיבוד אופטי של מידע, בו מנסים החוקרים לפתח מערכות הנדסיות ופיסיקאליות אשר מעבדות מידע אופטי מבלי להמירו למידע אלקטרוני-דיגיטאלי. מערכות אלו צפויות להאיץ באופן דרמטי את תהליכי עיבוד המידע. בפרט, קיים עניין רב בשידור ובעיבוד אופטי של תמונות. אחד הקשיים ביישום מערכות אופטיות לעיבוד תמונות הוא הטשטוש הנגרם לתמונות במהלך תנועתן בחלל הפתוח, עקב תופעת השבירה (דיפרקציה). הטשטוש מהיר יותר ככל שבתמונה אגור מידע רב יותר והרזולוציה שלה גבוהה יותר. במערכות ראייה, כגון מצלמות או עיניים, משתמשים בעדשות כדי לשחזר את התמונה המקורית, אך שחזור זה תלוי באיכות ובגודל העדשה ואינו ניתן למימוש במקרים רבים”.

בעבודה שפורסמה באחרונה, מציגים חוקרי הטכניון הדוקטורנט עופר פירסטנברג, ד”ר משה שוקר ופרופסור עמירם רון ופרופסור ניר דודסון ממכון ויצמן – תווך אטומי מיוחד, שבו מתבטלת לחלוטין השבירה האופטית. התווך, המכונה “תווך שקיפות מושרית”, מכיל גז דליל של אטומים בטמפרטורת החדר. בתווך כזה, ניתן לגרום לתמונה לנוע במהירות שקטנה פי 100,000 ממהירות האור, ולנצל את תנועת האטומים התרמית כדי “לגרור” או “לדחוף” את האור שנע דרכם. החוקרים גילו, שבכוונון עדין של האינטראקציה בין האטומים לאור, ניתן לגרום לאטומים לדחוף את קרני האור שנשברו חזרה למסלולן המקורי. כל תמונה, הנכנסת לתווך כזה, תנוע בתוכו ותצא בצידו השני ללא טשטוש.

יישומים עתידיים רבים יכולים לנצל שיטה זו. התאמה בין שתי תמונות באמצעים אופטיים מאפשרת זיהוי מהיר ואוטומטי של תבניות, כגון עצמים או בני-אדם, בתוך צילומים. לצורך כך יש להאט את תנועת התמונות ולמנוע את הטשטוש הנגרם מהשבירה. כמו כן, באמצעי זה ניתן ללכוד קרני אור בשטח קטן, בתוך גז אטומי. עבור מיקרוסקופים אופטיים, תופעת השבירה היא אחת המגבלות העיקריות, ומניעתה תאפשר שיפור המיקרוסקופים בתנאים מסוימים.