МОСКВА, 27 ноя — РИА Новости. Улучшенную цифровую модель квантового оптического магнитометра разработали ученые СПбПУ. По их словам, исследование является важным этапом в усовершенствовании широко применяемых в медицине энцефалографии и кардиографии. Проект поддержан программой "Приоритет-2030" Минобрнауки.
Работу внутренних органов и мышц в теле человека посредством электрических импульсов контролирует центральная нервная система. Возникающие в головном мозге импульсы создают слабые магнитные поля. Их исследуют с помощью магнитной энцефалографии или кардиографии для оценки состояния тех или иных систем организма. Ученые ищут способ улучшить чувствительность датчиков для измерения слабых магнитных полей, чтобы увеличить информативность магнитной энцефалографии и упростить процедуру как для врача, так и для пациента. Для этого используют магнитные свойства атомов в оптическом квантовом магнитометре.
Ученые Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) создали цифровую модель, которая позволяет работать над уменьшением размеров магнитных датчиков. Это необходимо для увеличения их количества и плотности расположения на голове пациента при снятии энцефалограммы, а также уменьшения их влияния друг на друга.
Как пояснил доцент Высшей школы прикладной физики и космических технологий СПбПУ Константин Баранцев, один атом очень мал, и сигнал от него трудно зафиксировать приборами, поэтому в одном датчике используется ансамбль атомов, находящихся в стеклянной ампуле, называемой газовой ячейкой.
"В такой ячейке на один кубический сантиметр приходится 100 миллиардов атомов щелочного металла в газообразной фазе. Если ориентировать их в одном направлении, то сигнал от их вращения уже не так сложно детектировать. Для управления квантовыми свойствами атомного ансамбля и считывания сигнала от него используется несколько лазерных лучей", — добавил он.
По словам ученого, в этой работе специалисты изучают оптимальный способ воздействия на атомы, а также физические процессы, возникающие после столкновения атомов. В ходе расчетов они определили, как столкновение атомов со стенкой газовой ячейки магнитометра влияет на точность измерений прибора и минимизирует негативное влияние стенок.
По оценкам ученых, полученные результаты имеют высокую практическую значимость на фоне стремительного развития магнитной энцефалографии (МЭГ) — процедуры, позволяющей путем измерения магнитных полей мозга человека анализировать работу его участков, выявлять патологические очаги таких заболеваний, как эпилепсия, болезнь Альцгеймера, рассеянный склероз и др.
Магнитные датчики также используются в магниторезонансной томографии сверхслабого поля. Помимо медицины, они также широко применяются в гироскопии и навигации, геологии и физике космоса.
Анализ огромного массива данных был проведен с использованием мощностей Суперкомпьютерного центра "Политехнический".
"Главное отличие нашего исследования от работ других научных групп состоит в комплексном подходе: в нашей цифровой модели одновременно учтено влияние как магнитных полей, так и излучения "накачки" атомов с помощью света, влияния стенок газовой ячейки и процессов обмена электронами при столкновениях атомов", — подчеркнул Константин Баранцев, добавив, что это позволяет исследовать влияние различных эффектов друг на друга и провести оптимизацию параметров.
В планах ученых — согласование данных, полученных с помощью цифрового моделирования, с данными экспериментов, проводимых на базе ФТИ им. Иоффе.