Примарна візуалізація дозволяє науковцям спостерігати за рослинами, не впливаючи на них.

Вченим необхідно досліджувати рослини для різних господарських цілей, включаючи ті, що використовуються для виробництва біопального, — оптимізувати їх ріст і підтримувати здоровий стан для максимального підвищення врожайності, стійкості до хвороб, шкідників та несприятливих погодних умов.

Вчені з США змогли спостерігати за процесами в живому сорго методом, який не завдав рослині жодної шкоди. Дослідження опубліковано в журналі Optica.

Зазвичай для детального вивчення процесів у рослині їх доводиться зрізати, вводити всередину спеціальні «мітки» або піддавати небезпечним рівням світлового випромінювання, які викликають стрес чи пошкоджують тканини рослини. Мітки та барвники дозволяють дослідникам спостерігати деталі рослини та її стан на мікрорівні, але можуть порушувати природні процеси, що відбуваються всередині рослин.

Метод квантової призрачної візуалізації (Quantum Ghost Imaging, QGI) дозволяє отримувати зображення при екстремально низьких рівнях освітлення. Більше того, він покращує якість зображень в діапазонах довжин хвиль, де традиційні камери працюють неефективно і не можуть дати чітке зображення. Метод використовує ефект спонтанного параметричного подвоєння розсіювання (SPDC) для створення пари зв'язаних фотонів. Один з цих фотонів, що називається сигналом, використовується для формування зображення, а інший, який називається ідлером, використовується для вимірювання та кореляції з сигналом. У фотонів різні довжини хвиль, у сигналу — в інфрачервоному діапазоні, у ідлера — у видимому.

Ідлер проходить через рослину, взаємодіє з водою в ній та попадає на свій детектор, сигналізуючий фотон — в інший, свій. Після зіставлення інформації від двох детекторів дослідники можуть робити висновки про об'єкт, на який було направлене випромінювання, і формувати зображення.

Вчені помістили рослини сорго, кінзу та папороть в світловий потік інтенсивністю три аттовати на квадратний сантиметр. Після цього за допомогою інфрачервоного світла вони виявили специфічні видимі в цьому діапазоні хімічні речовини та видиме світло.

Неушкоджувальна рослина методика досліджує зразок на одній довжині хвилі випромінювання, а зображення формують за рахунок корельованих фотонів іншої довжини хвилі. Розділення спектра усуває необхідність у високо чутливих детекторах у ближньому інфрачервоному діапазоні, знижуючи необхідну інтенсивність освітлення. Щоб уловити світло, яке пройшло через рослину, виявилося достатньо детектора одиночних фотонів.

Дослідники змогли досягти квантової призрачної візуалізації з безпрецедентною чутливістю та контрастністю. Рослини, що брали участь в експериментах, не отримали жодних пошкоджень.

Використовуючи безконтактну інфрачервону візуалізацію, дослідники можуть збирати важливу інформацію про ключові процеси в живій рослині, безпосередньо спостерігати процеси фотосинтезу та коливання вмісту води.

Застосування QGI розширює можливості біовізуалізації при екстремально низькій освітленості. Це важливо для роботи з чутливими до світла зразками — деякі тканини рослин деградують під певним випромінюванням.