regardez attentivement et vous le verrez: un pixel violet pâle suspendu dans un champ noir entre deux aiguilles cylindriques.Ce qui ressemble à une tache de poussière chatoyante est en fait quelque chose de beaucoup, beaucoup plus petit: un seul atome de strontium, isolé dans une machine à Piège à ions à l’Université d’Oxford.
C’est petit. Vraiment petit. Chaque atome mesure environ 0,25 nanomètre (ou milliardième de mètre); des milliards d’atomes s’inséreraient confortablement à l’intérieur d’un seul globule rouge.,
comment capturez-vous une photo de quelque chose qui semble infiniment petit? Un photographe, David Nadlinger, a utilisé un appareil photo numérique standard-mais il a eu de l’aide pour mettre en place le tir avec l’aimable autorisation du laboratoire D’informatique quantique à Piège à ions D’Oxford, où il fait des recherches pour son Doctorat. 12, Nadlinger a remporté la première place dans un concours national de photographie scientifique organisé par le Engineering and Physical Sciences Research Council pour la capture de cette photo rare d’un seul atome illuminé.,
« je pense que ce qui rend cette image particulièrement intéressante pour les gens, c’est que vous pouvez voir l’appareil environnant », a déclaré Nadlinger à Live Science. « Et je pense que les gens sont également surpris par la taille de l’atome ici. … J’espère ne pas défaire 100 ans d’éducation scientifique avec cette photo-les atomes sont en fait incroyablement petits! »
pour être clair, Nadlinger a dit, le point violet au centre de cette photo n’est pas la taille réelle de l’atome de strontium lui-même; c’est la lumière d’un réseau de lasers environnants réémis par l’atome., Lorsqu’il est baigné dans une longueur d’onde spécifique de la lumière bleue, le strontium crée une lueur des centaines de fois plus large que le rayon de l’atome lui-même (qui est d’environ un quart de nanomètre, ou 2.5×10 aux -7 mètres, a déclaré Nadlinger). Cette lueur serait à peine perceptible à l’œil nu mais devient apparente avec une petite manipulation de la caméra.
« La taille apparente que vous voyez sur l’image est ce que nous appellerions une aberration optique », a déclaré Nadlinger. « L’objectif que nous voyons à travers n’est pas parfait — il est également légèrement flou et légèrement surexposé. Vous pourriez le comparer à regarder les étoiles dans le ciel nocturne, qui semblent brillantes mais sont en fait beaucoup, beaucoup plus petites que la taille qu’elles semblent être, simplement parce que nos yeux (ou la caméra) n’ont pas assez de résolution pour les traiter., »
Donc, voir un seul atome à l’œil nu est impossible. Le piégeage un dans un laboratoire, cependant, est un peu plus facile.
pour attraper un ion par la pointe
pour fabriquer une caméra à un atome comme celle-ci, les chercheurs doivent d’abord le transformer en ion: un atome avec un nombre inégal de protons et d’électrons, lui donnant une charge nette positive ou négative. « Nous ne pouvons jamais piéger les particules chargées », a déclaré Nadlinger. « Nous prenons donc un flux d’atomes de strontium neutres, qui proviennent d’un four, et faisons briller des lasers sur eux pour les photo-ioniser sélectivement., De cette façon, nous pouvons créer des ions simples. »
lorsqu’ils sont placés dans un appareil à Piège à ions, les atomes simples sont maintenus en place par quatre électrodes en forme de lame comme celles vues au-dessus et au-dessous de la tache de strontium sur la photo de Nadlinger (deux électrodes supplémentaires sont hors de vue). Ces électrodes créent un courant qui maintient l’atome fixé sur l’axe vertical; les deux cylindres en forme d’aiguille de chaque côté de l’atome le maintiennent piégé horizontalement.
lorsque les courants de ces électrodes interagissent, ils créent ce qu’on appelle un potentiel de selle rotatif., « Vous pouvez voir des vidéos en ligne où les gens prennent littéralement une selle et la font pivoter et y mettent une balle; en raison de la rotation, la balle reste en fait au centre de la selle. C’est donc ce que ces électrodes font pour confiner l’ion », a déclaré Nadlinger.
Une fois qu’un atome est confiné, un réseau de lasers frappe l’atome, qui diffuse la lumière dans toutes les directions; sur la photo de Nadlinger, vous pouvez voir des traces du laser bleu à travers l’arrière-plan., En utilisant ce système, les chercheurs peuvent potentiellement piéger des chaînes de centaines d’ions entre les petites électrodes, ce qui donne des images étonnantes.
« sur notre site Web, nous avons une photo de neuf ions piégés dans une chaîne », a déclaré Nadlinger. « En termes de science, c’est en fait plus intéressant que d’avoir un seul pixel lumineux entouré par le piège à ions. Mais pour illustrer le concept, cela pourrait être plus attrayant. »
Nadlinger ne croit pas être le premier chercheur à prendre une telle photo, mais il pourrait bien être le plus réussi à capter l’attention du public avec une.,
« un groupe dirigé par Hans Dehmelt, pionnier du piégeage des ions et lauréat du prix Nobel , a pris une fois une photo d’un seul atome de baryum dans leur laboratoire », a déclaré Nadlinger. « C’était un seul point lumineux sur un fond sombre, à part une dispersion laser. Il y a cette histoire qu’ils ont soumis cette image à des actes de conférence — et l’éditeur d’image vient de tamponner l’ion parce qu’il pensait que c’était un grain de poussière. »
publié à l’Origine sur Live Science.
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