אפקטים קוונטיים בקרני רנטגן מאפשרים לשפר את הרזולוציה של הסריקה ולשמור על בריאותם של נבדקים ורופאים
אופטיקה קוונטית ולא-ליניארית היא תחום מחקר מבוסס, שכבר הניב מספר רב של המצאות וטכנולוגיות – כמו סמני לייזר ירוקים. אלא שעד כה, התחום היה שמור לתחום מסוים מאוד על הספקטרום האלקטרומגנטי. כעת, פרופ’ שרון שוורץ מהמחלקה לפיזיקה באוניברסיטת בר אילן מנסה להשתמש באפקטים קוונטיים – גם לקרינת רנטגן.
“קרינת רנטגן היא קרינה מייננת, ופירושו של דבר שהיא מזיקה לגוף האדם, למשל במכשירי דימות רפואי”, מסביר פרופ’ שוורץ את המוטיבציה למחקר. “אבל גם במדע בסיסי, הרנטגן יוצר שורה של בעיות. למשל, היום אנחנו רוצים לראות נגיפים, להבין את המבנה הפנימי שלהם באמצעות רנטגן – אבל הקרינה הורגת אותם. אותו הדבר קורה בהנדסת חומרים. מדענים מבקשים למדוד ולאפיין את התכונות של חומר חדש באמצעות קרינת רנטגן, אבל הקרינה הורסת את החומר או משנה את תכונותיו. תורת הקוונטים מאפשרת לנו לעבוד עם רמות קרינה נמוכות מאוד – ולהגיע לתוצאות טובות בהרבה”.
פרופ’ שוורץ אומר שהקושי העיקרי בשימוש באפקטים קוונטיים גם בקרינה אלקטרומגנטית מסוג רנטגן, היה עד כה טכנולוגי בעיקרו: המכשירים פשוט לא היו חזקים דיים לחולל ולקלוט פוטונים בודדים של רנטגן.
“קודם כל קשה לעבוד עם רנטגן, ונוצר מצב שבו מדענים והמהנדסים שעובדים עם רנטגן לא כל כך מודעים ליתרונות של מכניקת הקוונטים במדידות”, אומר פרופ’ שוורץ. “בנוסף גם לא הייתה סיבה לעסוק ברנטגן בהיבט קוונטי, כי לא היו יישומים. היום המקורות שלנו יותר עוצמתיים והגלאים יותר רגישים. זאת טכנולוגיה שלא הייתה זמינה לנו עד לפני 10 או 20 שנה – וצריך להבין מה עושים איתה. קבוצת המחקר שלי הייתה בין הראשונות בעולם שזיהתה את הפוטנציאל, אבל גם היום אין הרבה קבוצות מחקר בתחום שמשתמשות בטכנולוגיה הזאת בכיוון קוונטי. ואני יכול להגיד שהפיתוחים האפשריים מעניינים מאוד גם חברות מסחריות. אנחנו בקשר רציף עם חברות גדולות שבונות מכשירי דימות רפואי, ומבקשות לפתח מכשירים בטוחים יותר לשימוש. חשוב לזכור שגם הצוותים הרפואיים נמצאים בסכנה. לא פעם ניתוחים מורכבים וממושכים נערכים תחת רנטגן פועל, ולא פעם המנתחים ‘חוטפים’ קרינה שגורמת להם לחלות בסרטן. כבר היו רופאים שאמרו לי: ‘תשמע, אם אתה ממציא מכשיר כזה – אנחנו נעשה הכול כדי להביא אותו לחדר הניתוחים’”.
פרופ’ שוורץ ועמיתיו מאמינים שהמפתח למדידת רנטגן בטוחה יותר נמצא בתכונה הקוונטית המיוחדת של שזירה – מצב שבו שני חלקיקים משפיעים זה על זה גם ממרחק גדול מאוד. “אם אנחנו משתמשים בשני פוטונים שזורים, הם שומרים על קורלציה גבוהה גם אחרי שמפרידים ביניהם. כך, למשל, במחקר חדש שפרסמנו לאחרונה, הראינו שהשזירה מאפשרת לדעת מה קורה לפוטון הבודד שפגע בעצם, והעצם לצורך העניין יכול להיות גם גוף האדם – האם הפוטון הזה נבלע, התפזר או עבר דרך האובייקט. איך אנחנו יודעים את זה? לפי ההסתכלות על ‘אחיו’, הפוטון השזור, שנמדד מבלי שפגש בעצם. כך אנחנו יכולים לדעת בדיוק את מספר הפוטונים שפגעו בעצם שאנו רוצים לפגוע בו, ולכן אנחנו צריכים הרבה פחות פוטונים. זה מאפשר לנו להוריד את רמת ה’רעש’ במדידה – וכך להפוך אותה גם לבטוחה יותר וגם למדויקת יותר, למשל למצוא תאים סרטניים בודדים. הרי מה ההבדל בין גוף לגוף סרטני? שהאזור הסרטני בולע טיפה יותר רנטגן. לכן אנחנו רוצים למקסם את הניגודיות באמצעות מינימום פוטונים. במחקר הזה – שזכה במענק מחקר מהקרן הלאומית למדע – כבר הצלחנו לשפר את הניגודיות פי חמש”.
החיים עצמם:
“אני עושה ג’וגינג כדי לחשוב”, אומר פרופ’ שוורץ. “הפעילות הגופנית היא זמן איכות שאני מבלה עם עצמי. יש רצי מרתון ויש כאלה שאוהבים לרוץ עם הסכתים באוזניות. אני נהנה לרוץ 5, 10 ק”מ ופשוט לתת למחשבות לעלות”.
עוד בנושא באתר הידען:
