18.10.2023, 18:20

Важнейший шаг для науки: как исследователи сфотографировали одиночный атом

Атомы очень малы, они настолько малы, что человек разглядеть их не может, даже с помощью мощных микроскопов. Но, как это ни парадоксально, на этом фото атома (а не просто картинке) вы можете увидеть частицу невооруженным глазом. Сегодня мы расскажем вам о том, как было сделано реальное фото атома.

Николай Кудрявцев

Теги:

Нетленка

Исследование

Эксперимент

Фотография

Великобритания

Это реальное фото атома под электронным микроскопом сделано Дэвидом Нэдлингером и называется «Одиночный атом в ионной ловушке». Несколько лет назад оно одержало победу в конкурсе на лучшую научную фотографию, проводимую Исследовательским советом инженерных и физических наук Великобритании. На фото изображен одиночный атом стронция в мощном электрическом поле. На него направлены лазеры, из-за чего атом испускает свет.

Что мы видим на снимке

Пусть частица и видна, рассмотреть как выглядит атом на фото все равно непросто. Если вы пристально вглядитесь в центр фотографии, то заметите слабо светящуюся голубую точку. Это и есть атом стронция, подсвеченный сине-фиолетовым лазером.

Примечательно то, что атом был сфотографирован обыкновенной цифровой камерой. В дополнение к ней использовались вспышки со светофильтрами и удлинительные кольца для макросъемки. При подсветке лазером атом стронция поглотил, а затем повторно излучил фотоны света. Отраженный свет и зафиксировала камера на длинной выдержке. Атомы без микроскопа можно увидеть только на фото. Название фото «Одиночный атом в ионной ловушке». Что же это за ловушка? Её электрические поля генерируются электродами из металла. На фото атома стронция в микроскопе поля составили два миллиметра.

Стронций в эксперименте использовали из-за размера: у стронция 38 протонов, и диаметр его атома — несколько миллионных долей миллиметра. Обычно столь мелкий объект мы бы не разглядели, но ученые использовали трюк, чтобы сделать атом ярче. Благодаря этому и получилось красивое фото атома.

Как сделали снимок

На фото атом под электронным микроскопом освещен высокомощным лазером, из-за которого электроны, кружащиеся по орбите вокруг атома стронция, получают больше энергии и начинают испускать свет. Как только заряженные электроны дали достаточное количество света, самая обыкновенная камера смогла сделать настоящее фото атома.

Правда, если бы вы лично стояли рядом с этой установкой, то ничего бы не увидели. Снимок сделан с помощью длинной выдержки, так как что без оборудования весь этот свет все равно не заметить. К сожалению, другого способа увидеть реальный одиночный атом невооруженным глазом у человека просто нет. Пока нет. Надеемся, что вскоре научный мир вновь порадует нас новыми фото атомов.

Автор фотографии Дэвид Надлингер сделал фото атома в микроскопе через окно камеры сверхвысокого вакуума, в которой заключена ионная ловушка. Эта техника не нова, но Надлингер впервые сделал это с помощью обычного фотоаппарата. Запечатлеть как выглядит атом под микроскопом на фото ему удалось с помощью камеры Canon 5D Mk II.

Чем снимок интересен для науки

В настоящее время ионные ловушки повсеместно распространены. Множество из них базируется на взаимодействии заряженных частиц с электромагнитным полем высокой частоты. Британский учёный для своего фото атома под микроскопом использовал квадрупольную ионную ловушку, второе название которой ловушка Пауля. Ловушки для ионов широко применяются для масс-спектрометрии — метода исследования вещества при котором определяется концентрация компонентов в нем — молекулярные массу, состав и формулу. Ионные ловушки применяются, помимо прочего, на химических производствах для фильтрации воздуха.