Pesquisadores da Universidade de Toronto (U of T) demonstraram uma maneira de aumentar a resolução de microscópios e telescópios além das limitações há muito aceitas, explorando propriedades da luz anteriormente negligenciadas. O método permite que os observadores distingam objetos muito pequenos ou distantes que estão tão próximos que normalmente se fundem em um único desfoque.

Telescópios e microscópios são ótimos para observar assuntos isolados. Os cientistas podem detectar e medir com precisão uma única estrela distante. Quanto mais eles observam, mais refinados se tornam seus dados.

Mas objetos como estrelas binárias não funcionam da mesma maneira.

Isso porque mesmo os melhores telescópios estão sujeitos às leis da física que fazem com que a luz se espalhe ou "difrate". Um ponto bem definido torna-se um ponto levemente borrado. Se duas estrelas estão tão próximas que suas manchas se sobrepõem, nenhuma quantidade de observação pode separá-los. Suas informações individuais são irrevogavelmente perdidas.

Mais de 100 anos atrás, O físico britânico John William Strutt - mais conhecido como Lord Rayleigh - estabeleceu a distância mínima entre os objetos necessária para um telescópio identificar cada um individualmente. O "Critério de Rayleigh" permaneceu como uma limitação inerente do campo da óptica desde então.

Telescópios, no entanto, registra apenas a "intensidade" ou o brilho da luz. A luz tem outras propriedades que agora parecem permitir que alguém contorne o Critério de Rayleigh.

"Para vencer a maldição de Rayleigh, você tem que fazer algo inteligente, "diz o professor Aephraim Steinberg, um físico do Centro de Informação Quântica e Controle Quântico da U of T, e membro sênior do programa Quantum Information Science no Canadian Institute for Advanced Research. Ele é o autor principal de um artigo publicado hoje na revista Cartas de revisão física .

Algumas dessas ideias inteligentes foram reconhecidas com o Prêmio Nobel de Química de 2014, observa Steinberg, mas todos esses métodos ainda dependem apenas da intensidade, limitar as situações em que podem ser aplicados. “Medimos outra propriedade da luz chamada 'fase'. E a fase fornece tantas informações sobre fontes que estão muito próximas quanto aquelas com grandes separações. "

A luz viaja em ondas, e todas as ondas têm uma fase. Fase se refere à localização das cristas e vales de uma onda. Mesmo quando um par de fontes de luz próximas se desfoca em uma única bolha, as informações sobre suas fases de onda individuais permanecem intactas. Você apenas tem que saber procurá-lo. Esta constatação foi publicada pelos pesquisadores da Universidade Nacional de Cingapura, Mankei Tsang, Ranjith Nair, e Xiao-Ming Lu no ano passado na Physical Review X, e Steinberg e três outros grupos experimentais imediatamente começaram a inventar uma variedade de maneiras de colocá-lo em prática.

"Tentamos encontrar a coisa mais simples que você poderia fazer, "Diz Steinberg." Para brincar com a fase, você tem que desacelerar uma onda, e a luz é realmente fácil de diminuir. "

O time dele, incluindo os alunos de PhD Edwin (Weng Kian) Tham e Huge Ferretti, divida as imagens de teste ao meio. A luz de cada metade passa através de um vidro de espessura diferente, que retarda as ondas por diferentes períodos de tempo, alterando suas respectivas fases. Quando os feixes se recombinam, eles criam padrões de interferência distintos que informam aos pesquisadores se a imagem original continha um ou dois objetos - em resoluções bem além do critério de Rayleigh.

Até aqui, A equipe de Steinberg testou o método apenas em situações artificiais envolvendo parâmetros altamente restritivos.

"Quero ser cauteloso - esses são os estágios iniciais, "diz ele." Em nossos experimentos de laboratório, sabíamos que tínhamos apenas uma vaga ou duas, e poderíamos supor que eles tinham a mesma intensidade. Esse não é necessariamente o caso no mundo real. Mas as pessoas já estão pegando essas idéias e vendo o que acontece quando você relaxa essas suposições. "

O avanço tem aplicações potenciais tanto na observação do cosmos, e também em microscopia, onde o método pode ser usado para estudar moléculas ligadas e outras pequenas, estruturas compactadas.

Independentemente de quanto as medições de fase melhoram a resolução da imagem, Steinberg diz que o verdadeiro valor do experimento está em sacudir o conceito dos físicos de "onde a informação realmente está".

O "trabalho diurno" de Steinberg é na física quântica - esse experimento foi um ponto de partida para ele. Ele diz que o trabalho no reino quântico forneceu importantes percepções filosóficas sobre as próprias informações que o ajudaram a vencer a maldição de Rayleigh.

"Quando medimos estados quânticos, você tem algo chamado Princípio da Incerteza, que diz que você pode olhar para a posição ou velocidade, mas não ambos. Você tem que escolher o que mede. Agora estamos aprendendo que a imagem é mais parecida com a mecânica quântica do que imaginamos, "ele diz." Quando você mede apenas a intensidade, você fez uma escolha e jogou fora informações. O que você aprende depende de para onde olha. "