La spettroscopia è lo studio di come la materia assorbe ed emette luce e altre radiazioni. Permette agli scienziati di studiare la struttura di atomi e molecole, compresi i livelli energetici dei loro elettroni. La spettroscopia ottica classica si basa sul modo in cui le particelle di luce chiamate fotoni interagiscono con la materia. Queste tecniche classiche di spettroscopia includono l'assorbimento a un fotone (OPA) e l'assorbimento a due fotoni (TPA).
La spettroscopia quantistica della luce si basa invece su una proprietà della meccanica quantistica chiamata entanglement. Si tratta di una connessione intrinseca tra le particelle, il che significa che un fotone non può cambiare senza che cambi anche l'altro, non importa quanto siano distanti. Una ricerca recente ha esaminato una tecnica di spettroscopia quantistica della luce chiamata assorbimento di due fotoni entangled (ETPA) che sfrutta l'entanglement per rivelare le strutture delle molecole e il modo in cui l'ETPA agisce a velocità ultraveloci per determinare proprietà che non possono essere viste con la spettroscopia classica. /P>
I risultati sono pubblicati sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences .
Questa ricerca ha dimostrato che l'ETPA può ottenere informazioni diverse sulle molecole rispetto a quelle che possono ottenere le tecniche OPA e TPA. L'EPTA sembra essere più efficiente e funzionare con un'intensità di fotoni inferiore. Ciò consentirà agli scienziati di utilizzare la luce non classica per studiare stati di molecole che sono fondamentalmente diversi rispetto agli stati che possono studiare con le tecniche di luce classiche.
Gli scienziati hanno spesso ipotizzato che i colori dell’assorbimento di due fotoni dalla luce quantistica e dalla luce classica siano gli stessi. In questo studio, i ricercatori dell’Università del Michigan e della Northwestern University hanno rivelato, attraverso uno studio combinato sperimentale e teorico di un’importante molecola organica, lo zinco tetrafenil porfirina, che i colori dell’assorbimento di due fotoni entangled sono notevolmente diversi dalla corrispondente controparte classica e anche dall'assorbimento risonante di un fotone con fotoni di frequenza doppia.
Ciò è dovuto al coinvolgimento di distinti stati elettronici eccitati. I risultati mostrano che gli stati eccitati più importanti sia per l’eccitazione della luce classica che per quella quantistica possiedono elevati entanglement elettronici. I risultati mostrano anche che l'ETPA offre l'opportunità di sondare molecole con luce non classica che sono inaccessibili con la luce classica o di migliorare la loro risposta alla luce quantistica con un'intensità di eccitazione estremamente bassa.
L’ETPA può essere particolarmente utile per risolvere la sfida di lunga data del fotodanneggiamento e della fototossicità nel bioimaging, in particolare nelle molecole biologiche complesse. Ciò amplierebbe la capacità dei ricercatori di condurre imaging non distruttivo di biomolecole complesse. Di particolare interesse è l'implementazione della modalità di imaging ETPA per monitorare le dinamiche spaziali e temporali a lungo termine dell'espressione genica batterica nella rizosfera del sottosuolo. Inoltre, l'identificazione dei colori di un assorbimento di due fotoni così intrecciato potrebbe portare a una riduzione del tempo di acquisizione dei dati pur mantenendo un'intensità di eccitazione estremamente bassa.
