שתף קטע נבחר
הכי מטוקבקות

    אור הולך ושב: המערכת שמחשבת את נתוני הפיזור

    האם אפשר לפענח מבנה של עצם באמצעות "חישוב לאחור" של נתוני הקרינה המתפזרת לאחר שפגעה בו? במכון ויצמן למדע מצאו תשובה

    כדי לבחון ולמפות את המבנה של גופים קטנים (למשל נגיף או אברון תוך-תאי וגם דימוי דו-ממדי), משגרים המדענים לעבר העצם הנחקר אלומה של קרינה אלקטרו-מגנטית. הקרינה פוגעת בגוף הנחקר, ומתפזרת ממנו, בדרך שמושפעת ממבנהו. המדענים מודדים את נתוני הפיזור של הקרינה, ואילו היו בידיהם כלים מתמטיים חזקים מספיק, הם היו יכולים "לחשב לאחור" את נתוני הקרינה המתפזרת, ולקבל, כתוצאה, את המבנה המדויק של הגוף הנחקר.

     

    הדגמות של השיטה החדשה (שורה תחתונה) המאפשרת להתקרב למבנה העצמים הנחקרים (שורה עליונה) בתוך 100 ננו-שניות (איור: מסע הקסם המדעי, מכון ויצמן)
    הדגמות של השיטה החדשה (שורה תחתונה) המאפשרת להתקרב למבנה העצמים הנחקרים (שורה עליונה) בתוך 100 ננו-שניות(איור: מסע הקסם המדעי, מכון ויצמן)

     

    אלא שלרוע המזל, חישוב כזה, "לאחור", הוא מה שהמתמטיקאים מכנים "בעיה קשה". כלומר, אין לנו דרך יעילה לבצע את החישוב הזה על בסיס הנתונים הנמדדים בלבד. למעשה, את עוצמת הקרינה אפשר לחשב. הקושי נובע מחוסר יכולתנו "לחשב לאחור" (לשחזר) את הפאזה או המופע של האור. עובדה זו העניקה לבעיה את שמה: "בעיית שחזור הפאזה".

     

    עוד כתבות באתר מסע הקסם המדעי של מכון ויצמן למדע:

    מדענים חשפו כיצד פועלים חיסונים ניסיוניים נגד אבולה

    הגורמים להתפשטות סרטן העצמות על-שם יואינג

    ישחקו הדגים לפנינו: מציאות מדומה לדגים

     

    מדעני מכון ויצמן למדע, שביקשו להתמודד עם הבעיה הזאת, הצליחו באחרונה לבנות מערכת אופטית שמצליחה לחשב את נתוני פיזור האור במהירות רבה מאוד, לשחזר את פאזת הקרינה - ולפתור את מבנה העצם הנחקר.

    מימין: ד
    מימין: ד"ר אורן רז, ד"ר חן טרדונסקי, פרופ' אשר פריזם, פרופ' ניר דודזון ואיגור גרשנזון. מחשבים לאחור(צילום: מסע הקסם המדעי, מכון ויצמן)

     

    המדענים, פרופ' ניר דודזון והחוקר הבתר-דוקטוריאלי ד"ר חן טרדונסקי, יחד עם פרופ' (אמריטוס) אשר פריזם, החוקר הבכיר ד"ר אורן רז, תלמיד המחקר איגור גרשנזון, תלמיד המחקר לשעבר, ד"ר רונן שריקי, והחוקר הבתר-דוקטוריאלי (לשעבר) ד"ר וישווה פאל, מהמחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות, בנו מהוד לייזר (מערכת שבה קרן הלייזר "עוברת ושבה" בין שתי מראות), שאחת מהמראות שלו "מתוכנתת" כך שהיא "יודעת" את עוצמת הקרינה המתפזרת בלבד. במרכז המהוד (ב"צומת" שבו עוברת אלומת הלייזר הלוך-ושוב בין שתי המראות), הם התקינו "רמז צורני", מעין חלון במבנה משוער של העצם הנחקר. רמז צורני כזה אפשר להפיק, למשל, באמצעות מיקרוסקופ רגיל, שיכול לספק מעין "צללית" של העצם הנחקר, אבל לא את מבנהו המדויק.

     

    אלומת הלייזר, העוברת בין שתי המראות, וחולפת שוב ושוב דרך "הרמז הצורני", עוברת מעין אבולוציה: בתחילה קיימות אלפי צורות שעשויות להתאים לרמז הצורני ולמבנה של העצם הנחקר, אבל בכל מעבר של הלייזר במהוד, פוחת משמעותית מספר הפתרונות הלא מתאימים, ועולה ו"משתלט" הפתרון הנכון. דרך זו של ברירה אופטית מהירה בערך פי מיליון מתהליך ממוחשב רגיל שנדרש לחישוב ולמציאת הפתרון של אותה בעיה.

     

    עיקרון הברירה האופטית במהוד לייזר משמש את מדעני המכון לפתרון יעיל ומהיר של בעיות חישוביות נוספות, כגון דימות דרך חומר מפזר (כגון רקמה ביולוגית), עיצוב אלומות אור וסימולציות של חומרים מגנטיים מורכבים. חברת "ידע", המקדמת יישומים על בסיס המצאותיהם של מדעני המכון, כבר רשמה פטנט על המערכת, ובקרוב תוקם חברת הזנק שתפתח יישומים תעשייתיים לפתרון בעיות חישוביות קשות באמצעות לייזרים.

     

    לפנייה לכתב/ת
     תגובה חדשה
    הצג:
    אזהרה:
    פעולה זו תמחק את התגובה שהתחלת להקליד
    איור: מסע הקסם המדעי, מכון ויצמן
    הדגמות של השיטה החדשה
    איור: מסע הקסם המדעי, מכון ויצמן
    מומלצים