WRÓĆ DO STRONY
GŁÓWNEJ
Nauka

Jaka jest najmniejsza ilość fotonów rejestrowana przez ludzkie oko?

Naukowcy przeprowadzili eksperyment, mający zbadać granice osiągów ludzkiego wzroku. Wedle wyników, reagujemy już na wiązkę złożoną z trzech fotonów.

Od 1940r. badacze starali się ustalić, jaka jest minimalna ilość fotonów, na którą zareagowałby mechanizm biologiczny naszych oczu. Pręciki, czyli reagujące na światło receptory, znajdujące się na siatkówce, są niezwykle wrażliwe – dowiódł tego eksperyment przeprowadzony z komórkami pojedynczego pręcika (pochodzącego z żabiego oka), które były w stanie reagować nawet na pojedyncze fotony. Jednak siatkówka dokonuje pewnej obróbki sygnałów, by zredukować ilość szumów, więc impuls odebrany przez pojedynczą komórkę niekoniecznie musi zostać odebrany przez mózg. Ponadto, jak twierdzą naukowcy, 90-97% fotonów nigdy nie dociera do pręcików, zatrzymując się w innych częściach oka, na przykład na rogówce.

Zespołowi przeprowadzającemu najnowsze badania nad czułością ludzkiego wzroku przewodziła Rebecca Holmes, fizyk z University of Illinois w Urbana-Champaign (USA). Na początku ona i jej współpracownicy strzelali wiązkami laserowymi o różnej zawartości fotonów w kierunku oczu ochotników. Samych badanych umieszczono w zaciemnionym pokoju i poproszono o wpatrywanie się w dwa znaki celownika, prawy i lewy, będące źródłem błysków. Po wypuszczeniu każdej wiązki badacze prosili osoby testowane o określenie, po której stronie zobaczyły światło, nawet jeśli wydawało im się, że nie widziały niczego. Test nie był dokładny, lecz pozwolił naukowcom na potwierdzenie, że ludzkie oko jest w stanie dostrzec od dwóch do siedmiu fotonów – jak pokazała statystyka, ilość poprawnych wskazań była wyraźnie większa, niż miałoby to miejsce w przypadku zupełnie losowych odpowiedzi.

Później do eksperymentów naukowcy wykorzystali technologię używaną w laboratoriach optyki kwantowej, dzięki której można dokładnie policzyć ilość fotonów, jakie znajdują się w wiązce promieni laserowych. Pamiętając, że tylko około 10% cząstek trafi do pręcików w oku, zespół zdecydował się na błyśnięcia wiązkami 30 fotonów, tak, by domyślnie tylko trzy dotarły do światłoczułego wnętrza oka. Sama Holmes wielokrotnie przeszła taki test i twierdzi, iż po godzinie spędzonej w ciemności naprawdę trudno zdecydować, czy rzeczywiście dało się zauważyć błyśnięcia. Jednak wyniki i to zdają się potwierdzać. Ze wstępnymi danymi pomiarowymi zapoznał się Nicolas Gisin, zajmujący się optyką kwantową naukowiec z University of Geneva (Szwajcaria), i z jego analizy wynika, że wiązka trzech fotonów jest w zasięgu percepcji człowieka.

Zespół badawczy nie zebrał jeszcze informacji, które pozwalałyby stwierdzić, czy ludzkie oko wykrywa też pojedyncze fotony – na przeszkodzie stoi przede wszystkim niska szansa na dotarcie cząstki do siatkówki, a potem jeszcze na przekazanie sygnału do mózgu. Aby ją zwiększyć, Holmes chce skorelować czas wypuszczania fotonu z falami mózgowymi osoby badanej, by dokładnie „wstrzelić się” w króciutki moment wzmożonej uwagi, pojawiający się około dziesięciu razy na sekundę.

[Źródło: ScientificAmerican; Zdjęcie: Stanford School of Medicine]