ويتم التحكم في عمل الأعضاء الداخلية والعضلات في جسم الإنسان عن طريق الجهاز العصبي المركزي من خلال نبضات كهربائية. النبضات المتولدة في الدماغ تخلق مجالات مغناطيسية ضعيفة ويتم فحص هذه الأعضاء باستخدام تخطيط الدماغ المغناطيسي أو تخطيط القلب لتقييم حالة بعض أجهزة الجسم.
ويبحث العلماء عن طريقة لتحسين حساسية أجهزة الاستشعار لقياس المجالات المغناطيسية الضعيفة لزيادة محتوى معلومات تخطيط الدماغ المغناطيسي وتبسيط الإجراء لكل من الطبيب والمريض. وللقيام بذلك، تم استخدام الخصائص المغناطيسية للذرات في مقياس المغناطيسية الكمي البصري.
وابتكر علماء من جامعة سانت بطرسبورغ للفنون التطبيقية، نموذجًا رقميًا يسمح لهم بالعمل على تقليل حجم أجهزة الاستشعار المغناطيسية، وهذا ضروري لزيادة عددها وكثافتها على رأس المريض عند إجراء تخطيط الدماغ، وكذلك لتقليل تأثيرها على بعضها بعضا.
وكما أوضح كونستانتين بارانتسيف، الأستاذ المشارك في المعهد العالي للفيزياء التطبيقية وتكنولوجيا الفضاء، التابع لجامعة سانت بطرسبورغ للفنون التطبيقية، فإن الذرة الواحدة صغيرة جدًا، ومن الصعب اكتشاف الإشارة الصادرة عنها بالأدوات، لذلك يستخدم جهاز استشعار واحد مجموعة من الذرات الموجودة في أمبولة زجاجية تسمى خلية غازية.
وأضاف بارانتسيف: "في مثل هذه الخلية، هناك 100 مليار ذرة فلز قلوي في الطور الغازي لكل سنتيمتر مكعب واحد. إذا كانت موجهة في اتجاه واحد، فلن يكون من الصعب اكتشاف الإشارة الناتجة عن دورانها للتحكم في الخصائص الكمية لعنصر ما من المجموعة الذرية وقراءة الإشارة الصادرة عنها، ويتم استخدام عدد من أشعة ليزر".
وبحسب العالم، يدرس المتخصصون في هذا العمل الطريقة المثلى للتأثير على الذرات، وكذلك العمليات الفيزيائية التي تنشأ بعد اصطدام الذرات. وخلال الحسابات، حددوا كيف يؤثر اصطدام الذرات بجدار الخلية الغازية لمقياس المغناطيسية على دقة قياسات الجهاز ويقلل من التأثير السلبي للجدران.
ووفقًا للعلماء، فإن النتائج التي تم الحصول عليها لها أهمية عملية عالية على خلفية التطور السريع لتخطيط الدماغ المغناطيسي، وهو إجراء يسمح، من خلال قياس المجالات المغناطيسية لدماغ الشخص، بتحليل عمل مناطقه، والتعرف على البؤر المرضية للأمراض مثل الصرع ومرض ألزهايمر والتصلب المتعدد وغيرها.
وتُستخدم المستشعرات المغناطيسية أيضًا في التصوير بالرنين المغناطيسي ذي المجال المنخفض للغاية. بالإضافة إلى الطب، يتم استخدامها أيضًا على نطاق واسع في "الجيروسكوب" والملاحة والجيولوجيا وفيزياء الفضاء.
وتم إجراء تحليل كمية هائلة من البيانات باستخدام مرافق مركز الكمبيوتر العملاق للفنون التطبيقية. وبحسب بارانتسيف، "الفرق الرئيسي بين بحثنا وعمل المجموعات العلمية الأخرى هو نهجها الشامل. نموذجنا الرقمي يأخذ في الاعتبار في الوقت نفسه تأثير كل من المجالات المغناطيسية وإشعاع الذرات "الضخ" باستخدام الضوء، وتأثير جدران الخلية الغازية وعمليات تبادل الإلكترونات أثناء الاصطدامات الذرية".
وبحسب الدراسة التي أجرتها جامعة سانت بطرسبورغ للفنون التطبيقية ونشرتها وكالة "سبوتنيك"، فإن هذا النموذج الرقمي يسمح بدراسة تأثير المتغيرات المختلفة على بعضها بعضا وتحسين المعلومات.