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26.10.2020 - 13:230

SuperTwin, l’innovativo microscopio che sfrutta la fisica quantistica per osservare i virus

Il progetto finanziato dall’UE intende superare il limite di risoluzione di 250 nanometri dei microscopi ottici attuali

SuperTwin è un innovativo progetto finanziato dall’Unione Europea che, sfruttando un fenomeno della fisica quantistica noto come “entanglement”, prova a superare il limite di risoluzione degli attuali microscopi ottici, che si fermano a 250 nanometri. L’obbiettivo è dunque quello di arrivare a una risoluzione delle immagini al di sotto di questo limite. Ciò permetterebbe per la prima volta di visualizzare direttamente gli organismi più piccoli, inclusi molti virus.
I convenzionali microscopi ottici, che utilizzano fonti di illuminazione tradizionali come la luce, hanno raggiunto il proprio limite tecnologico a causa del cosiddetto “Criterio di Rayleigh”, che non permette di visualizzare direttamente gli oggetti o gli organismi al di sotto dei 250 nanometri poiché la diffrazione della luce usata per illuminare finisce per impedire l’osservazione stessa.
SuperTwin, invece, come ha spiegato il coordinatore del progetto Matteo Perenzoni della Fondazione Bruno Kessler, è in grado di superare tali limiti posti dalla fisica classica grazie a tre importanti innovazioni. Questo nuovo microscopio, infatti, può basare il suo funzionamento sugli ultimi sviluppi nel campo della fisica quantistica, della tecnologia per la fabbricazione di laser e, infine, sull’adattamento dei rivelatori a singolo fotone.
Nello specifico, SuperTwin sfrutta il fenomeno dell’entanglement, o correlazione quantistica, cioè quella particolare condizione tra due particelle, che non sussiste nella fisica classica, per cui queste risultano legate indissolubilmente anche se si trovassero ad una distanza enorme l’una dall’altra, tanto che misurando lo stato dell’una si conoscerebbe automaticamente quello dell’altra.
In condizioni specifiche, i ricercatori hanno potuto sfruttare questo fenomeno, riuscendo così a generare particelle di luce che, essendo interconnesse, possono trasportare più informazioni rispetto ai singoli fotoni. Questo permette di superare i limiti imposti dalla fisica classica e dai problemi di diffrazione della luce. In effetti, in SuperTwin, l’oggetto da osservare è illuminato da un fascio di fotoni entangled, che trasportano informazioni che poi vengono estratte per mezzo di algoritmi e alla fine ricomposte. In questo modo i ricercatori hanno potuto osservare direttamente campioni di 41 nanometri, ovvero cinque volte oltre il limite del Criterio di Rayleigh.
Il team di ricerca ha dovuto lavorare non poco per raggiungere tale obbiettivo. In particolare, sono stati sviluppati un emettitore a stato solido di fotoni aggrovigliati, capace di generare impulsi di luce intensi e ultracorti, un sensore di immagine quantistica ad alta risoluzione in grado di rilevare fotoni aggrovigliati e, dopo molti esperimenti, anche un nuovo quadro teorico per spiegare la dinamica su scala atomica della generazione di fotoni aggrovigliati.
Come spiegano gli stessi ricercatori, le potenzialità di SuperTwin sono davvero enormi. Sarà infatti possibile raccogliere dati più affidabili sui fenomeni osservati, con la possibilità poi di sviluppare teorie più precise. Guardando al mondo dei virus, ad esempio, la loro osservazione con questo innovativo microscopio permetterà di conoscerne meglio i meccanismi di contagio e, pertanto, di realizzare cure più efficaci.

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