Em métodos de imagem convencionais, um feixe de fótons (ou outras partículas) é refletido no objeto a ser visualizado. Depois que o feixe viaja para um detector, as informações ali reunidas são utilizadas para criar uma fotografia ou outro tipo de imagem. Em uma técnica de imagem alternativa chamada "imagem fantasma, "o processo funciona de maneira um pouco diferente:uma imagem é reconstruída a partir de informações detectadas por um feixe que nunca realmente interage com o objeto.

A chave para a imagem fantasma é usar dois ou mais feixes de partículas correlacionados. Enquanto um feixe interage com o objeto, o segundo feixe é detectado e usado para reconstruir a imagem, mesmo que o segundo feixe nunca interaja com o objeto. O único aspecto do primeiro feixe detectado é o tempo de chegada de cada fóton em um detector separado. Mas porque os dois feixes são correlacionados, a imagem do objeto pode ser totalmente reconstruída.

Embora dois feixes sejam normalmente usados ​​em imagens fantasmas, pesquisas recentes demonstraram correlações de ordem superior, isto é, correlações entre três, quatro, ou cinco feixes. Imagens fantasmas de ordem superior podem levar a melhorias na visibilidade da imagem, mas vem com a desvantagem de que eventos correlacionados de ordem superior têm uma probabilidade menor de detecção, o que causa resolução mais baixa.

Em um novo jornal, uma equipe de físicos da Australian National University em Canberra alcançou dois primeiros lugares em imagens fantasmas de ordem superior:a primeira demonstração de imagens fantasmas de ordem superior com partículas massivas (eles usam átomos de hélio ultracold) e a primeira imagem fantasma de ordem superior que usa feixes correlacionados de uma fonte quântica. Como sua fonte quântica, os pesquisadores usaram dois condensados ​​de Bose-Einstein em colisão, que são aglomerados de átomos resfriados a quase zero absoluto. Em tais temperaturas frias, os átomos em um condensado de Bose-Einstein se agrupam e se comportam como um único átomo gigante.

Em seu trabalho, os pesquisadores realizaram experimentos usando correlações entre até cinco átomos de hélio. Eles demonstraram que, sob certas condições, a imagem fantasma de ordem superior com partículas massivas de uma fonte quântica pode melhorar a visibilidade da imagem sem afetar a resolução.

"Acho que o maior significado do nosso trabalho é, principalmente, ser capaz de mostrar que um experimento tão desafiador é possível, "físico Sean Hodgman da Australian National University, primeiro autor do artigo, contado Phys.org . "Há um número muito pequeno de eventos correlacionados com várias partículas em uma fonte quântica, o que é parcialmente porque não foi demonstrado anteriormente com a ótica, e isso significa que mesmo depois de muitas dezenas de milhares de execuções experimentais, apenas poucos eventos estão disponíveis para reconstruir uma imagem fantasma. "

As melhorias demonstradas aqui podem ser especialmente benéficas para aplicações que exigem alta visibilidade, mas são facilmente danificadas. Isso ocorre porque a técnica tem potencial para reduzir as taxas de dosagem, o que reduz o dano potencial de radiação à amostra. Uma dessas aplicações é a litografia fantasma atômica.

"A litografia fantasma atômica seria como a litografia atômica normal, mas o uso de feixes correlacionados permitiria o monitoramento em tempo real do processo litográfico, "Hodgman disse." Correlações de ordem superior melhorariam a litografia fantasma, permitindo fluxos mais baixos com a mesma qualidade de sinal, o que é importante porque os fluxos elevados podem danificar a amostra. "

Com mais trabalho, imagens fantasmas quânticas de ordem superior também podem ser usadas para realizar testes fundamentais de mecânica quântica, como a demonstração de emaranhamento entre vários átomos ou, em uma veia relacionada, fazendo medições de desigualdade de Bell usando três ou mais partículas.

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