Un singolo fotone per fare luce al buio!

Basta un singolo fotone per fare luce al buio! Che fare dei visori termici o delle lenti all'infrarosso, quando per fare luce al buio, da oggi in poi, sarà sufficente avere solo un pò di fotoni a portata di mano. Tutto ciò grazie all'ingegno con cui un'équipe del Massachusetts Institute of Technology di Cambridge, ha messo in atto un algoritmo di imaging con il quale si potrà essere in grado di ottenere immagini ultra-risolute di oggetti poco illuminati: vi starete chiedendo come sarà mai possibile, di certo il trucco c'è ma non si vede!
Ebbene si, come raccontano i ricercatori su Science, il vero trucco è quello di “cucire” matematicamente insieme le informazioni estratte da singole particelle di luce emesse da un laser, per poi essere riflesse e registrate da un rivelatore a stato solido.

Immagini ultra-risolute di oggetti poco illuminati

Grazie a questo lavoro, sostengono gli scienziati, sarà possibile conoscere meglio come funzionano materiali biologici “fragili”, come l'occhio umano – che può essere danneggiato o addirittura distrutto da illuminazioni troppo potenti – o sviluppare nuovi sistemi di sorveglianza da usare in ambito militare e civile. Per ricostruire immagini dettagliate di oggetti bui, l'ingegnere elettrico Ahmed Kirmani e la sua équipe hanno sviluppato un algoritmo che tiene conto delle correlazioni tra punti vicini di un oggetto colpito da fotoni. Nel set-up sperimentale, degli impulsi a bassa intensità emessi da un laser scansionano l'oggetto da riprendere.

Il raggio viene indirizzato verso un punto preciso e tenuto acceso finché un singolo fotone, riflesso dall'oggetto, non colpisce il rivelatore. Ogni punto illuminato corrisponde a un pixel nell'immagine finale, e i tempi di arrivo delle particelle forniscono informazioni dettagliate sulla struttura tridimensionale dell'oggetto. Con estrema precisione, a quanto pare: “La quantità di dati che si possono estrarre con quest'approccio è quasi incredibile”, commenta il fisico sperimentale John Howell, della University of Rochester di New York, non coinvolto nello studio.

Dal momento che il laser utilizzato nel set-up emette luce di una singola lunghezza d'onda, la tecnica per ora permette di produrre soltanto immagini monocromatiche, ma è comunque possibile distinguere tra materiali diversi in base al tasso di riflessione dei fotoni da parte dell'oggetto. In media, infatti, regioni più scure riflettono meno fotoni rispetto ad aree più chiare. In ogni caso, gli scienziati hanno dichiarato di riuscire a produrre immagini tridimensionali ad alta risoluzione usando un totale di circa un milione di particelle. Tanto per fare un confronto, una foto di qualità analoga scattata con un telefono cellulare ne richiederebbe almeno qualche centinaia di migliaia di miliardi.