211service.com
Den taggiga frågan om huruvida människor kan observera enstaka fotoner
Kan människor se enskilda fotoner? Det låter som en relativt enkel fråga att besvara, men problemet visar sig vara mer taggigt och invecklat än någon misstänkt. Men det är också en som djupt påverkar våra rimliga förväntningar på framtida sensorer.
Det mänskliga ögat är extremt känsligt för ljus. Fysiker har sedan en tid tillbaka vetat att de ljuskänsliga stavarna på baksidan av ögat kan stimuleras av enstaka fotoner. Men de vet inte om detta inflytande kan fortplanta sig genom det visuella och kognitiva systemet och leda till perception.
Tekniken för att testa denna idé har först nyligen blivit tillgänglig. Under de senaste åren har fysiker utvecklat fotonpistoler som kan producera fotonpar på begäran, med hög tillförlitlighet.
Nu ser du det, nu gör du det inte.
Par är viktiga eftersom de ger ett sätt att övervaka när fotonpistolen har utlösts. En foton skickas till experimentet medan den andra hålls av experimentledaren, som då vet att pistolen har avfyrats.
Experimentet i sig är enkelt i grunden. Det handlar om att skjuta en foton in i ett mänskligt öga och sedan avgöra om motivet har observerat det eller inte.
I praktiken är experimentet knepigt, inte minst på grund av det stora antalet försök som krävs för att få ett statistiskt signifikant resultat och de mänskliga observatörernas opålitlighet.
Förra månaden publicerade Alipasha Vaziri vid universitetet i Wien i Österrike och få kompisar resultaten av sin egen version av detta experiment. De strålade enstaka fotoner i ögonen på mänskliga försökspersoner och bad dem att spela in när de såg en foton. De bad dem också att registrera tillförlitligheten i deras observation på en skala från 1 till 3.
Experimentet involverade över 30 000 försök varav 2 420 använde faktiska fotoner. Försökspersonerna observerade fotoner korrekt 51,6 procent av tiden.
Det leder Vaziri och co till en tydlig slutsats. Människor kan upptäcka en enfotonincident på hornhinnan med en sannolikhet som är betydligt över slumpen, säger de i Nature Communications.
Men det resultatet ifrågasätts nu. Idag säger Paul Kwiat och kompisar vid University of Illinois i Urbana-Champaign att uppgifterna inte stöder en så robust slutsats. De säger att Vaziri och cos experiment saknar den statistiska kraften för att stödja deras slutsats. Vi kan inte dra slutsatsen att människor kan se enstaka fotoner baserat på data från denna studie, säger Kwiat och co.
Kwiats grupp har goda förutsättningar att bedöma detta arbete, efter att ha genomfört sina egna experiment på gränserna för mänskligt syn.
Så för tillfället är juryn ute - vi kan ännu inte tydligt säga om människor kan observera enstaka fotoner.
Men varför är detta viktigt? Svaret är att den här typen av arbete utforskar biologins fysiska gränser. Energin hos en enskild foton är nästan ofattbart liten - i området 10-19 joule. Och ändå är den mänskliga hjärnan en varm, våt maskin som regelbundet översvämmas av buller.
Förmågan att upptäcka en så liten mängd energi skulle avslöja hur kraftfulla biologiska sinnen kan vara, även i varma våta miljöer.
Det är en förmåga som fysiker och ingenjörer gärna skulle vilja kopiera. Så detta arbete, och det arbete som sannolikt kommer att följa, kommer att sätta ribban för bioingenjörer. Oavsett gränsen visar sig vara, förvänta dig betydande tekniska framsteg som ett resultat.
Ref: arxiv.org/abs/1707.09341 : Korrespondens: Fortfarande inga bevis för enstaka fotondetektion av människor Nature Communications 7, Artikelnummer: 12172 (2016) : Direkt detektering av en enskild foton av människor