kijk goed en je zult het zien: een bleke, paarse pixel hangend in een zwart veld tussen twee cilindrische naalden.Wat lijkt op een glinsterend stofje is eigenlijk iets veel, veel kleiner: een enkel atoom strontium, geïsoleerd in een ionenvalmachine aan de Universiteit van Oxford.
dat is klein. Heel klein. Elk atoom is ongeveer 0,25 nanometer (of miljardsten van een meter) in doorsnede; miljarden van de atomen zouden comfortabel passen in een enkele rode bloedcel.,
Hoe maak je een foto van iets dat zo schijnbaar oneindig klein is? Een fotograaf, David Nadlinger, gebruikte een standaard digitale camera – maar hij had wat hulp bij het opzetten van de foto met dank aan Oxford ‘ s Ion Trap Quantum Computing lab, waar hij onderzoek doet voor zijn Ph.D. op Feb. 12, nadlinger won de eerste plaats in een nationale wetenschapsfotografie wedstrijd georganiseerd door de Engineering and Physical Sciences Research Council voor het vastleggen van deze zeldzame foto van een enkel verlicht atoom.,
“Ik denk dat wat dit beeld bijzonder interessant maakt voor mensen is dat je het omringende apparaat kunt zien,” vertelde Nadlinger aan Live Science. “En ik denk dat mensen ook verrast zijn door hoe groot het atoom er hier uitziet. … Ik hoop niet dat ik 100 jaar wetenschappelijk onderwijs ongedaan maak met deze foto-atomen zijn eigenlijk ongelooflijk klein!”
om duidelijk te zijn, zei Nadlinger, het paarse stipje in het midden van deze foto is niet de ware grootte van het strontiumatoom zelf; het is het licht van een array van omringende lasers die opnieuw door het atoom worden uitgezonden., Wanneer baadde in een specifieke golflengte van blauw licht, strontium creëert een gloed honderden keren breder dan de straal van het atoom zelf (dat is ongeveer een kwart van een nanometer, of 2, 5×10 tot de -7 meter, Nadlinger zei). Deze gloed zou nauwelijks waarneembaar zijn met het blote oog, maar wordt duidelijk met een beetje cameramanipulatie.
“de schijnbare grootte die je ziet in de afbeelding is wat we optische aberratie zouden noemen,” zei Nadlinger. “De lens waarmee we hem zien is niet perfect — ook is hij licht onscherp en licht overbelicht. Je zou het kunnen vergelijken met het kijken naar de sterren aan de nachtelijke hemel, die helder lijken maar eigenlijk veel, veel kleiner zijn dan de grootte die ze lijken te zijn, alleen maar omdat onze ogen (of de camera) niet genoeg resolutie hebben om ze te verwerken.,”
dus, het zien van een enkel atoom met het blote oog is onmogelijk. Er een vangen in een lab is iets beter te doen.
om een ion bij de teen te vangen
om een enkele atoom camera-ready als deze te maken, moeten onderzoekers eerst om het te zetten in een ion: een atoom met een ongelijk aantal protonen en elektronen, waardoor het een positieve of negatieve netto lading. “We kunnen alleen maar val geladen deeltjes,” Nadlinger zei. “Dus nemen we een stroom van neutrale strontiumatomen, die uit een oven komen, en stralen er lasers op om ze selectief te fotograferen-ioniseren., Op deze manier kunnen we enkele ionen maken.”
wanneer ze in een ionenval-apparaat worden geplaatst, worden enkele atomen op hun plaats gehouden door vier blade-vormige elektroden zoals die boven en onder de strontiumvlek in Nadlinger ‘ s foto te zien zijn (twee extra elektroden zijn uit het zicht). Deze elektroden creëren een stroom die het atoom gefixeerd houdt op de verticale as; de twee naaldvormige cilinders aan weerszijden van het atoom houden het horizontaal gevangen.
naarmate de stromen van deze elektroden interageren, creëren ze een zogenaamde roterende zadelpotentiaal., “Je kunt online video’ s zien waar mensen letterlijk een zadel nemen en draaien en er een bal op zetten; door de rotatie blijft de bal eigenlijk in het midden van het zadel. Dus dat is wat deze elektroden doen om het ion te beperken, ” zei Nadlinger.
zodra een atoom is ingesloten, raakt een reeks lasers het atoom, die licht in alle richtingen verstrooit; in Nadlinger ‘ s foto kunt u sporen van de Blauwe laser over de achtergrond zien., Met behulp van dit systeem, kunnen onderzoekers mogelijk strings van honderden ionen vangen tussen de kleine elektroden, wat resulteert in een aantal verbluffende beelden.
“op onze website, we hebben een foto van negen ionen gevangen in een string,” Nadlinger zei. “In termen van de wetenschap, dat is eigenlijk interessanter dan het hebben van een enkele heldere pixel omgeven door de ionenval. Maar om het concept te illustreren, zou dit aantrekkelijker zijn.”
Nadlinger gelooft niet dat hij de eerste onderzoeker is die zo ‘ n foto maakt, maar hij kan wel het meest succesvol zijn in het vastleggen van de aandacht van het publiek met een foto.,”een groep onder leiding van Hans Dehmelt, een pionier op het gebied van Ion trapping en Nobelprijswinnaar , nam ooit een foto van een enkel bariumatoom in hun lab,” aldus Nadlinger. “Het was een enkel helder stipje op een donkere achtergrond, afgezien van wat laserverstrooiing. Er is een verhaal dat ze dit beeld aan een aantal conference proceedings hebben voorgelegd-en de beeldredacteur heeft het ion eruit gestempeld omdat hij dacht dat het een stofje was.”
oorspronkelijk gepubliceerd op Live Science.
Geef een reactie