آیا چشم انسان قابلیت دیدن فوتون را دارد؟

سیناپرس/ محققان با بررسی مرزهای دید انسان به کشف جالبی دست یافته‌اند. آن‌ها می‌گویند که چشم ما اساسا هیچ محدودیتی در زمینه تشخیص نور ندارد و می‌تواند ذرات منفرد تشعشعات نوری که به نام "فوتون" شناخته می‌شوند را به خوبی تشخیص دهد. هرچند این منبع‌های ضعیف نور به اندازه کافی قوی نیستند که یک تصویر واقعی برای ما فراهم کنند در نتیجه بیش از آن که دیده شوند احساس می‌شوند.

شبکیه از دو نوع سلول گیرنده تشکیل شده که به نام سلول‌های مخروطی و استوانه‌ای شناخته می‌شوند. سلول های استوانه‌ای برای دیدن در نور کم مناسب‌اند، چرا که به محرک‌های خیلی ضعیف حساس‌اند. این سلول‌ها تنها قادر به تشخیص نور سفید هستند و در نتیجه برای برخورداری از یک دید رنگی انسان‌ها به سلول‌های مخروطی متکی هستند.

مطالعات قبلی نشان داده‌ است که این سلول‌های مخروطی به اندازه کافی قدرتمند هستند که سیگنال نوری که حاوی تنها پنج فوتون باشد را شناسایی کنند، اما محققان نمی‌دانستند که آیا امکان تشخیص تعداد فوتون کمتر از این را هم دارند یا نه. اثبات این امر از چند نظر بسیار دشوار بود، اولا ساخت وسیله‌ای که بتواند یک فوتون منفرد را به سمت چشم انسان بفرستد کار ساده‌ای نبود و دوما پیام‌های عصبی که در اثر این تحریک‌ها تولید می‌شوند عمدتا آن قدر ضعیف هستند که به سختی می‌توان آن‌ها را اندازه‌گیری کرد.

با این حال همان‌طور که در مقاله‌ای در Nature Communications توضیح داده شده است گروهی از محققان توانستند این آزمایش را به خوبی به انجام برسانند. در این آزمایش سه فرد داوطلب در یک اتاقک تاریک قرار داده شده و به طور دوره‌ای متن‌های صوتی را می‌شنیدند. برخی از این متن‌ها با ارسال یک فوتون منفرد همراه بود که از یک منبع نور کوانتوم مستقیما به داخل چشم افراد فرستاده می‌شد.

بعد از هر صدا، شرکت‌کننده‌ها نشان می‌دادند که آیا فوتون را دیده‌اند یا نه. با توجه به این که فوتون‌ها بسیار کوچک هستند شانس از دست رفتن این فوتون‌ها یا احتمال انحراف آن‌ها قبل از این که بتوانند به سلول‌های مخروطی برسند و برای تولید یک ایمپالس نوری آن‌ها را تحریک کنند بسیار بالاست به طوری که محققان محاسبه کردند تنها 6 درصد از تمام فوتون‌ها منجر به تولید پیامی می‌شدند که به مغز می‌رسید. در نتیجه انتظار می‌رفت که شرکت‌کنندگان بیشتر فوتون‌ها را از دست بدهند. برای حل این مشکل محققان تعداد دفعات تکرار آزمایش را افزایش داده و به همین منظور 30 هزار و 767 آزمایش انجام دادند.

محققان دریافتند که وقتی افراد یک فوتون را می‌بینند توانایی آن‌ها برای تشخیص فوتون بعدی ظرف پنج دقیقه آینده بسیار بیشتر می‌شود. با توجه به این یافته محققان می‌گویند وقتی سلول‌های مخروطی یک فوتون را تشخیص می‌دهند، حساسیت نوری سیستم بینایی به طور دوره‌ای ارتقا پیدا می‌کند. به گفته محققان مدارات مغزی که این توانایی را محقق می‌کنند هنوز ناشناخته باقی مانده‌اند.