Guarda da vicino e lo vedrai: un pixel pallido e viola appeso in un campo nero tra due aghi cilindrici.Quello che sembra un granello scintillante di polvere è in realtà qualcosa di molto, molto più piccolo: un singolo atomo di stronzio, isolato in una macchina a trappola ionica dell’Università di Oxford.
Questo è piccolo. Davvero piccolo. Ogni atomo è circa 0,25 nanometri (o miliardesimi di metro) di diametro; miliardi di atomi si adatterebbero comodamente all’interno di un singolo globulo rosso.,
Come si cattura una foto di qualcosa di così apparentemente infinitesimale piccolo? Un fotografo, David Nadlinger, ha usato una fotocamera digitale standard, ma ha avuto un po ‘ di aiuto nell’impostazione dello scatto per gentile concessione del laboratorio di calcolo quantistico Ion Trap di Oxford, dove sta ricercando per il suo dottorato di ricerca. 12, Nadlinger ha vinto il primo posto in un concorso nazionale di fotografia scientifica organizzato dal Consiglio di ricerca di Ingegneria e Scienze fisiche per catturare questa rara foto di un singolo atomo illuminato.,
“Penso che ciò che rende questa immagine particolarmente interessante per le persone è che puoi vedere l’apparato circostante”, ha detto Nadlinger a Live Science. “E penso che le persone siano anche sorprese da quanto sia grande l’atomo qui. hope Spero di non rovinare 100 anni di educazione scientifica con questa foto-gli atomi in realtà sono incredibilmente piccoli!”
Per essere chiari, Nadlinger ha detto, lo speck viola al centro di questa foto non è la vera dimensione dell’atomo di stronzio stesso; è la luce di una serie di laser circostanti riemessi dall’atomo., Quando immerso in una specifica lunghezza d’onda di luce blu, stronzio crea un bagliore centinaia di volte più ampio del raggio dell’atomo stesso (che è circa un quarto di nanometro, o 2.5×10 ai -7 metri, Nadlinger ha detto). Questo bagliore sarebbe appena percettibile ad occhio nudo, ma diventa evidente con una piccola manipolazione della fotocamera.
“La dimensione apparente che vedete nella foto è quello che chiameremmo aberrazione ottica,” Nadlinger ha detto. “L’obiettivo che stiamo vedendo attraverso non è perfetto-inoltre è leggermente fuori fuoco e leggermente sovraesposto. Si potrebbe paragonarlo a guardare le stelle nel cielo notturno, che appaiono luminose ma sono in realtà molto, molto più piccole delle dimensioni che sembrano essere, solo perché i nostri occhi (o la fotocamera) non hanno abbastanza risoluzione per elaborarle.,”
Quindi, vedere un singolo atomo ad occhio nudo è impossibile. Intrappolare uno in un laboratorio, tuttavia, è un po ‘ più fattibile.
Per catturare uno ion dalla punta
Per rendere un singolo atomo pronto come questo, i ricercatori devono prima trasformarlo in uno ion: un atomo con un numero disuguale di protoni ed elettroni, dandogli una carica netta positiva o negativa. “Possiamo sempre e solo intrappolare particelle cariche”, ha detto Nadlinger. “Quindi, prendiamo un flusso di atomi di stronzio neutri, che provengono da un forno, e brilliamo laser su di loro per fotoionizzarli selettivamente., In questo modo, possiamo creare singoli ioni.”
Quando sono collocati in un apparato a trappola ionica, i singoli atomi sono tenuti in posizione da quattro elettrodi a forma di lama come quelli visti sopra e sotto lo speck di stronzio nella foto di Nadlinger (due elettrodi aggiuntivi sono fuori vista). Questi elettrodi creano una corrente che mantiene l’atomo fisso sull’asse verticale; i due cilindri a forma di ago su entrambi i lati dell’atomo tenerlo intrappolato orizzontalmente.
Quando le correnti di questi elettrodi interagiscono, creano quello che viene chiamato potenziale di sella rotante., “Puoi vedere video online in cui le persone prendono letteralmente una sella e la ruotano e ci mettono sopra una palla; a causa della rotazione, la palla rimane effettivamente al centro della sella. Quindi questo è ciò che questi elettrodi fanno per limitare lo ion”, ha detto Nadlinger.
Una volta che un atomo è confinato, una serie di laser colpisce l’atomo, che disperde la luce in tutte le direzioni; nella foto di Nadlinger, puoi vedere tracce del laser blu su tutto lo sfondo., Utilizzando questo sistema, i ricercatori possono potenzialmente intrappolare stringhe di centinaia di ioni tra i piccoli elettrodi, con conseguente alcune immagini mozzafiato.
“Sul nostro sito web, abbiamo una foto di nove ioni intrappolati in una stringa”, ha detto Nadlinger. “In termini di scienza, questo è in realtà più interessante di avere un singolo pixel luminoso circondato dalla trappola ionica. Ma per illustrare il concetto, questo potrebbe essere più attraente.”
Nadlinger non crede di essere il primo ricercatore a scattare una foto del genere, ma potrebbe essere il più riuscito a catturare l’attenzione del pubblico con uno.,
“Un gruppo guidato da Hans Dehmelt, un pioniere della cattura di ioni e un premio Nobel , una volta ha scattato una foto di un singolo atomo di bario nel loro laboratorio”, ha detto Nadlinger. “Era un singolo granello luminoso su uno sfondo scuro, a parte qualche dispersione laser. C’è questa storia che hanno presentato questa immagine ad alcuni atti della conferenza — e l’editor di immagini ha appena cancellato lo ion perché pensava che fosse un granello di polvere.”
Originariamente pubblicato su Live Science.
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