Zespół badawczy Jagiellońskiego PET (J-PET), kierowany przez prof. Pawła Moskala, dokonał przełomowego odkrycia, które może odmienić przyszłość diagnostyki nowotworów. Naukowcy jako pierwsi na świecie wykazali, że stopień splątania kwantowego fotonów anihilacyjnych może być zależny od rodzaju materiału, przez który fotony przechodzą – co otwiera drogę do zastosowania tego zjawiska jako wskaźnika w diagnostyce nowotworowej. Wyniki badań zostały opublikowane w prestiżowym czasopiśmie „Science Advances”.
Z tego artykułu dowiesz się…
- Czym jest splątanie kwantowe i jak może wspierać diagnostykę nowotworów
- Jak działa tomograf J-PET i dlaczego jest unikatowy w skali świata
- Jakie wnioski płyną z najnowszej publikacji zespołu prof. Moskala
- Jakie możliwości daje powstający kwantowy tomograf PET całego ciała
Czym jest splątanie kwantowe i dlaczego ma znaczenie w medycynie?
Splątanie kwantowe to jedno z najbardziej zaskakujących zjawisk w fizyce. Gdy dwie cząstki są splątane, ich właściwości pozostają ze sobą powiązane – nawet jeśli znajdują się w ogromnej odległości od siebie. Jak tłumaczą naukowcy:
Splątane kwantowo fotony zachowują się tak, jakby jeden natychmiast wiedział, co dzieje się z drugim, niezależnie od tego jak bardzo się od siebie oddaliły.
Dotychczasowe badania sugerowały, że fotony powstałe z anihilacji elektronu i pozytonu (czyli materia–antymateria) są maksymalnie splątane. Zespół J-PET wykazał jednak, że w rzeczywistości splątanie nie jest pełne – a co istotniejsze – jego poziom można mierzyć i wiązać z właściwościami ośrodka, w którym dochodzi do anihilacji.
Tomograf J-PET – jedyny taki na świecie
Kluczowym narzędziem w przeprowadzeniu badań był unikalny tomograf pozytonowej tomografii emisyjnej – J-PET – skonstruowany na Wydziale Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej Uniwersytetu Jagiellońskiego. To pierwszy na świecie PET oparty na detektorach plastikowych. Jego konstrukcja pozwala nie tylko na standardowe obrazowanie PET, ale także na:
- badanie atomów pozytonium powstających w organizmie pacjenta,
- pomiar polaryzacji fotonów anihilacyjnych,
- analizę ich splątania kwantowego.
To właśnie tomograf J-PET umożliwił wykonanie pierwszego na świecie obrazu pozytonium, również opublikowanego w „Science Advances” – w 2024 roku.
Nowa jakość w obrazowaniu PET
W 2025 roku zespół prof. Pawła Moskala wykonał kolejny krok:
Wykazali nie tylko to, że możliwy jest pomiar polaryzacji fotonów anihilacyjnych emitowanych z pacjenta w trakcie obrazowania PET, ale także, że stopień splątania kwantowego fotonów anihilacyjnych zależy od rodzaju materiału.
To fundamentalne odkrycie – sugeruje bowiem, że w przyszłości możliwe będzie obrazowanie nie tylko metabolizmu tkanek (jak w klasycznym PET), ale także parametrów kwantowych, które mogą stanowić nowe, wczesne wskaźniki zmian nowotworowych.
J-PET na całe ciało – przyszłość diagnostyki i teranostyki
Na Uniwersytecie Jagiellońskim powstaje obecnie kolejna wersja tomografu – pierwszy na świecie kwantowy PET na całe ciało. Projekt realizowany w ramach Centrum Teranostyki, współkierowanego przez prof. Pawła Moskala i prof. Ewę Stępień, zakłada zakończenie budowy w 2028 roku.
Nowe urządzenie umożliwi:
- filmowanie farmakokinetyki leków w czasie rzeczywistym,
- obrazowanie rozkładu splątania kwantowego w ciele pacjenta,
- pełne zastosowanie potencjału diagnostycznego J-PET w praktyce klinicznej.
Urządzenie pozwoli na uzyskanie obrazu zależności między właściwościami materiałów biologicznych, a poziomem splątania fotonów, co może znacząco przyspieszyć wykrywanie nowotworów i monitorowanie odpowiedzi na terapię.
Znaczenie odkrycia i przyszłe kierunki badań
Odkrycie naukowców z UJ ma nie tylko fundamentalne znaczenie dla fizyki kwantowej, ale także dla rozwoju nieinwazyjnych, precyzyjnych metod diagnostycznych.
Zastosowanie pomiarów kwantowych – takich jak polaryzacja i stopień splątania – może:
- ujawnić subtelne zmiany nowotworowe, zanim staną się widoczne na klasycznych obrazach PET,
- umożliwić bardziej spersonalizowaną diagnostykę i wczesne wykrycie zmian chorobowych,
- wzbogacić teranostykę – czyli łączenie diagnostyki i terapii w czasie rzeczywistym.
Główne wnioski
- Zespół J-PET jako pierwszy na świecie wykazał, że fotony z anihilacji nie są całkowicie kwantowo splątane, co może mieć zastosowanie w diagnostyce nowotworów.
- Tomograf J-PET umożliwia pomiar właściwości kwantowych fotonów, takich jak polaryzacja i stopień splątania, niedostępnych w innych systemach PET.
- W Krakowie powstaje pierwszy na świecie tomograf PET całego ciała z funkcją obrazowania splątania kwantowego – zakończenie budowy planowane jest na 2028 rok.
- Publikacja w „Science Advances” potwierdza unikalność polskiego projektu i jego potencjalny wpływ na medycynę precyzyjną oraz onkologię przyszłości.
Źródło:
- Wydziału Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej UJ
