Cierpiące pytanie, czy ludzie mogą obserwować pojedyncze fotony?

Czy ludzie widzą pojedyncze fotony? Brzmi to jak stosunkowo proste pytanie, na które należy odpowiedzieć, ale problem okazuje się bardziej drażliwy i zawiły, niż ktokolwiek podejrzewał. Ale jest to również taki, który głęboko wpływa na nasze rozsądne oczekiwania co do przyszłych czujników.

Ludzkie oko jest niezwykle wrażliwe na światło. Fizycy od pewnego czasu wiedzą, że światłoczułe pręciki w tylnej części oka mogą być stymulowane przez pojedyncze fotony. Nie wiedzą jednak, czy ten wpływ może rozprzestrzenić się poprzez system wzrokowy i poznawczy i doprowadzić do percepcji.

Technologia do testowania tego pomysłu jest dostępna dopiero od niedawna. W ciągu ostatnich kilku lat fizycy opracowali działa fotonowe, które mogą na żądanie wytwarzać pary fotonów z wysoką niezawodnością.

Teraz to widzisz, a teraz nie.

Pary są ważne, ponieważ umożliwiają monitorowanie uruchomienia działa fotonowego. Jeden foton jest wysyłany do eksperymentu, podczas gdy drugi jest zatrzymywany przez eksperymentatora, który wie, że broń wystrzeliła.

Sam eksperyment jest w istocie prosty. Polega na wystrzeleniu fotonu w ludzkie oko, a następnie podjęciu decyzji, czy podmiot go zaobserwował, czy nie.

W praktyce eksperyment jest trudny, nie tylko ze względu na samą liczbę prób wymaganych do uzyskania statystycznie istotnego wyniku i niewiarygodność ludzkich obserwatorów.

W zeszłym miesiącu Alipasha Vaziri z Uniwersytetu Wiedeńskiego w Austrii i kilku kumpli opublikowali wyniki własnej wersji tego eksperymentu. Wysyłali pojedyncze fotony do oczu ludzi i prosili ich o nagranie, kiedy zobaczą foton. Poprosili ich również o odnotowanie pewności swoich obserwacji w skali od 1 do 3.

Eksperyment obejmował ponad 30 000 prób, z których 2420 wykorzystywało rzeczywiste fotony. Badani prawidłowo obserwowali fotony w 51,6% przypadków.

To prowadzi Vaziri i spółkę do jasnego wniosku. Ludzie mogą wykryć incydent pojedynczego fotonu na rogówce z prawdopodobieństwem znacznie większym niż przypadek, mówią w Nature Communications.

Ale ten wynik jest teraz kwestionowany. Dzisiaj Paul Kwiat i koledzy z University of Illinois w Urbana-Champaign twierdzą, że dane nie potwierdzają tak solidnego wniosku. Mówią, że eksperyment Vaziri i spółki nie ma mocy statystycznej, aby poprzeć ich wniosek. Nie możemy stwierdzić, że ludzie mogą widzieć pojedyncze fotony na podstawie danych z tego badania, mówią Kwiat i spółka.

Grupa Kwiata jest dobrze przygotowana do oceny tej pracy, przeprowadzając własne eksperymenty na granicach ludzkiego widzenia.

Na razie więc ława przysięgłych jest nieobecna — nie możemy jeszcze jednoznacznie stwierdzić, czy ludzie mogą obserwować pojedyncze fotony.

Ale dlaczego jest to ważne? Odpowiedź brzmi: ten rodzaj pracy bada fizyczne ograniczenia biologii. Energia pojedynczego fotonu jest prawie niewyobrażalnie mała — około 10-19 dżuli. A jednak ludzki mózg jest ciepłą, mokrą maszyną, w której regularnie panuje hałas.

Zdolność do wykrycia tak małej ilości energii ujawniłaby, jak potężne mogą być zmysły biologiczne, nawet w ciepłym, wilgotnym środowisku.

To umiejętność, którą fizycy i inżynierowie bardzo chcieliby skopiować. Tak więc ta praca i prace, które prawdopodobnie nastąpią, ustawią poprzeczkę dla bioinżynierów. Niezależnie od tego, jaki jest limit, spodziewaj się w rezultacie znacznych postępów technologicznych.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1707.09341 : Korespondencja: Wciąż brak dowodów na wykrywanie pojedynczych fotonów przez ludzi Nature Communications 7, Numer artykułu: 12172 (2016) : Bezpośrednie wykrywanie pojedynczego fotonu przez człowieka

ukryć