Kig nøje, og du vil se det: en bleg, lilla pixel hængende i et sort felt mellem to cylindriske nåle.Det, der ligner en skinnende plet af støv, er faktisk noget meget, meget mindre: et enkelt strontium-atom, isoleret i en ionfælde-maskine ved University of O .ford.
det er lille. Virkelig lille. 0,25 nanometer (eller milliarddele af en meter) på tværs; milliarder af atomerne ville passe komfortabelt inde i en enkelt rød blodlegeme.,
hvordan fanger du et billede af noget, der tilsyneladende er uendeligt lille? En fotograf, David Nadlinger, brugte et standard digitalt kamera – men han havde lidt hjælp til at oprette skuddet med tilladelse fra O .fords Ion Trap Quantumuantum Computing lab, hvor han undersøger for sin ph.d. den Feb. 12 vandt Nadlinger førstepladsen i en national science photography competition arrangeret af Engineering and Physical Sciences Research Council for at fange dette sjældne foto af et enkelt belyst atom.,
“Jeg tror, hvad der gør dette billede særligt interessant for folk er, at du kan se det omgivende apparat,” fortalte Nadlinger Live Science. “Og jeg tror, at folk også er overrasket over, hvor stort atomet ser ud her. … Jeg håber, at jeg ikke fortryder 100 års videnskabsuddannelse med dette foto — atomer er faktisk utroligt små!”
for at være klar, sagde Nadlinger, den lilla plet i midten af dette billede er ikke den sande størrelse af strontiumatomet selv; det er lyset fra en række omgivende lasere, der udsendes af atomet., Når de bades i en bestemt bølgelængde med blåt lys, skaber strontium en glød, der er hundreder af gange bredere end selve atomets radius (hvilket er cirka en fjerdedel af et nanometer, eller 2, 5 .10 til -7 meter, sagde Nadlinger). Denne glød ville næppe være synlig med det blotte øje, men bliver synlig med lidt kameramanipulation.
“den tilsyneladende størrelse, du ser på billedet, er, hvad vi vil kalde optisk aberration,” sagde Nadlinger. “Objektivet, vi ser det igennem, er ikke perfekt – det er også lidt ude af fokus og lidt overeksponeret. Du kan sammenligne det med at se på stjernerne på nattehimlen, som ser lyse ud, men faktisk er meget, meget mindre end den størrelse, de ser ud til at være, bare fordi vores øjne (eller kameraet) ikke har nok opløsning til at behandle dem.,”
så det er umuligt at se et enkelt atom med det blotte øje. At fange en i et laboratorium er imidlertid lidt mere gennemførligt.
for At fange en ion ved tå
for At foretage et enkelt atom kamera-klar som denne, forskere først nødt til at gøre det til en ion: et atom med et ulige antal protoner og elektroner, giver det en positiv eller negativ omkostning. “Vi kan kun fælde ladede partikler,” sagde Nadlinger. “Så vi tager en strøm af neutrale strontiumatomer, der kommer fra en ovn, og skinner lasere mod dem for selektivt at fotoionisere dem., På denne måde kan vi skabe enkeltioner.”
når de placeres i et ionfælde-apparat, holdes enkeltatomer på plads af fire bladformede elektroder som dem, der ses over og under strontiumspecken i Nadlings Foto (to yderligere elektroder er ude af syne). Disse elektroder skaber en strøm, der holder atomet fast på den lodrette akse; de to nåleformede cylindre på hver side af atomet holder det fanget vandret. da strømmen fra disse elektroder interagerer, skaber de det, der kaldes et roterende sadelpotentiale., “Du kan se videoer online, hvor folk bogstaveligt talt tager en sadel og roterer den og sætter en bold på den; på grund af rotationen forbliver bolden faktisk i midten af sadlen. Så det er, hvad disse elektroder gør for at begrænse ionen,” sagde Nadlinger.
Når et atom er begrænset, rammer en række lasere atomet, der spreder lys i alle retninger; på Nadlings foto kan du se spor af den blå laser i hele baggrunden., Ved hjælp af dette system kan forskere potentielt fælde strenge af hundredvis af ioner mellem de små elektroder, hvilket resulterer i nogle fantastiske billeder.
“på vores hjemmeside har vi et billede af ni ioner fanget i en streng,” sagde Nadlinger. “Med hensyn til videnskaben er det faktisk mere interessant end at have en enkelt lys pi .el omgivet af ionfælden. Men for at illustrere konceptet kan dette være mere tiltalende.”
Nadlinger tror ikke, at han er den første forsker, der tager et sådant foto, men han kan godt være den mest succesrige til at fange offentlighedens opmærksomhed med et.,
” en gruppe ledet af Hans Dehmelt , en pioner inden for ionfangst og en nobelprisvinder, tog engang et billede af et enkelt bariumatom i deres laboratorium,” sagde Nadlinger. “Det var en enkelt lys speck på en mørk baggrund, bortset fra nogle laser scatter. Der er denne historie, at de sendte dette billede til nogle konferencesager – og billedredigereren stemplede bare ionen, fordi han troede, det var en plet af støv.”
oprindeligt offentliggjort på Live Science.
Skriv et svar