Дзен
МОСКВА, 27 ноябряУсовершенствованная цифровая модель квантового оптического магнитометра разработана учеными СПбПУ. По их словам, исследование является важным шагом в совершенствовании энцефалографии и кардиографии, которые широко применяются в медицине. Проект поддержан программой «Приоритет-2030» Министерства образования и науки.
Центральная нервная система управляет работой внутренних органов и мышц в организме человека с помощью электрических импульсов. Генерируемые в мозге импульсы создают слабые магнитные поля. Их изучают с помощью магнитной энцефалографии или кардиографии для оценки состояния определенных систем организма. Ученые ищут способ повышения чувствительности датчиков для измерения слабых магнитных полей, чтобы повысить информативность магнитной энцефалографии и упростить процедуру как для врача, так и для пациента. Для этого они используют магнитные свойства атомов в оптическом квантовом магнитометре.
Ученые Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) создали цифровую модель, которая позволяет им работать над уменьшением размеров магнитных датчиков. Это необходимо для увеличения их количества и плотности размещения на голове пациента при регистрации энцефалограммы, а также для 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 сложно зафиксировать приборами, поэтому в одном датчике используется ансамбль атомов, находящихся в стеклянной ампуле, называемой газовой ячейкой.
«В такой ячейке в газообразной фазе находится 100 миллиардов атомов щелочного металла на кубический сантиметр. Если они ориентированы в одном направлении, то сигнал от их вращения не так уж и сложно обнаружить. Для управления квантовыми свойствами атомного ансамбля и считывания сигнала с него используется несколько лазерных лучей», — добавил он.
По словам ученого, в данной работе специалисты изучают оптимальный способ воздействия на атомы, а также физические процессы, которые происходят 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 мнению ученых, полученные результаты имеют высокую практическую значимость на фоне бурного развития магнитной энцефалографии (МЭГ) — процедуры, позволяющей путем измерения магнитных полей человеческого мозга анализировать работу его участков, выявлять патологические очаги таких заболеваний, как эпилепсия, болезнь Альцгеймера, рассеянный склероз и др.
Магнитные датчики также используются в сверхнизкополевой магнитно-резонансной томографии. Помимо медицины, они также широко используются в гироскопии и навигации, геологии и космической физике.
Анализ огромного массива данных был проведен с использованием мощностей Политехнического суперкомпьютерного центра.
«Главное отличие нашего исследования от работ других научных групп — комплексный подход: наша цифровая модель одновременно учитывает влияние как магнитных полей, так и излучения «накачки» атомов светом, влияние стенок газовой ячейки и процессы электронного обмена при столкновениях атомов», — подчеркнул Константин Баранцев, добавив, что это дает возможность изучать влияние различных эффектов друг на друга и оптимизировать параметры.
В планах ученых — сверка данных, полученных с помощью цифрового моделирования, с данными экспериментов, проведенных в Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе.