przyjrzyj się uważnie, a zobaczysz: blady, fioletowy piksel wiszący w czarnym polu pomiędzy dwiema cylindrycznymi igłami.To, co wygląda jak mieniąca się drobinka pyłu, jest w rzeczywistości czymś znacznie, znacznie mniejszym: pojedynczym atomem strontu, izolowanym w maszynie pułapkowej na Uniwersytecie Oksfordzkim.
To jest małe. Naprawdę mały. Każdy atom ma około 0,25 nanometrów (lub miliardowych części metra) średnicy; miliardy atomów zmieściłyby się wygodnie w jednej czerwonej komórce krwi.,
jak uchwycić zdjęcie czegoś tak pozornie nieskończenie małego? Jeden z fotografów, David Nadlinger, użył standardowego aparatu cyfrowego — ale miał pewną pomoc przy ustawieniu zdjęcia dzięki uprzejmości ion Trap Quantum Computing lab w Oksfordzie, gdzie bada swój doktorat w lutym. 12, Nadlinger zdobył pierwsze miejsce w Ogólnopolskim Konkursie Fotografii naukowej organizowanym przez Engineering and Physical Sciences Research Council za uchwycenie tego rzadkiego zdjęcia pojedynczego oświetlonego atomu.,
„I myślę, że ludzie są również zaskoczeni tym, jak duży atom wygląda tutaj. … Mam nadzieję, że nie cofnę 100 lat edukacji naukowej z tym zdjęciem-Atomy rzeczywiście są niewiarygodnie małe!”
aby było jasne, Nadlinger powiedział, że fioletowa plamka w centrum tego zdjęcia nie jest prawdziwą wielkością atomu strontu; jest to światło z szeregu otaczających laserów ponownie emitowane przez atom., Po skąpaniu się w określonej długości fali niebieskiego światła, stront tworzy blask setki razy szerszy niż promień samego atomu (który wynosi około jednej czwartej nanometru, czyli 2, 5×10 do -7 metrów, powiedział Nadlinger). Ta poświata byłaby ledwo dostrzegalna gołym okiem, ale staje się widoczna przy małej manipulacji kamerą.
„pozorny rozmiar, który widzisz na zdjęciu, jest tym, co nazywamy aberracją optyczną”, powiedział Nadlinger. „Obiektyw, przez który go widzimy, nie jest doskonały — jest również nieco nieostry i lekko prześwietlony. Można to porównać do patrzenia na gwiazdy na nocnym niebie, które wydają się jasne, ale w rzeczywistości są znacznie, znacznie mniejsze niż rozmiar, jaki wydają się być, tylko dlatego, że nasze oczy (lub kamera) nie mają wystarczającej rozdzielczości, aby je przetworzyć.,”
więc zobaczenie pojedynczego atomu gołym okiem jest niemożliwe. Złapanie jednego w laboratorium jest jednak trochę bardziej wykonalne.
aby złapać jon za palec
aby przygotować pojedynczy atom do działania w taki sposób, naukowcy najpierw muszą przekształcić go w jon: atom o nierównej liczbie protonów i elektronów, nadając mu dodatni lub ujemny ładunek netto. „Możemy tylko uwięzić naładowane cząstki” – powiedział Nadlinger. „Bierzemy więc strumień neutralnych atomów strontu, które pochodzą z pieca, i świecimy na nie laserami, aby selektywnie je fotojonizować., W ten sposób możemy tworzyć pojedyncze jony.”
Po umieszczeniu w aparacie jonowym pojedyncze atomy są utrzymywane w miejscu przez cztery elektrody w kształcie ostrza, takie jak te widoczne powyżej i poniżej plamki strontu na zdjęciu Nadlingera (dwie dodatkowe elektrody są poza zasięgiem wzroku). Elektrody te tworzą prąd, który utrzymuje atom przymocowany do osi pionowej; dwa cylindry w kształcie igły po obu stronach atomu utrzymują go w pułapce poziomej.
gdy prądy z tych elektrod oddziałują ze sobą, tworzą tzw. potencjał rotacyjny., „Można zobaczyć filmy online, w których ludzie dosłownie biorą siodło, obracają je i kładą na nim piłkę; z powodu obrotu piłka faktycznie pozostaje w środku siodła. Więc to właśnie robią te elektrody, aby ograniczyć jon ” – powiedział Nadlinger.na zdjęciu Nadlingera widać ślady niebieskiego lasera na całym tle., Korzystając z tego systemu, naukowcy mogą potencjalnie uwięzić struny setek jonów między małymi elektrodami, co daje oszałamiające obrazy.
„na naszej stronie mamy zdjęcie dziewięciu jonów uwięzionych w sznurku” „Z punktu widzenia nauki jest to bardziej interesujące niż posiadanie pojedynczego jasnego piksela otoczonego pułapką jonową. Ale aby zilustrować tę koncepcję, może to być bardziej atrakcyjne.”
Nadlinger nie wierzy, że jest pierwszym badaczem, który zrobił takie zdjęcie, ale może być najbardziej udanym w przyciągnięciu uwagi opinii publicznej jednym.,
„grupa kierowana przez Hansa Dehmelta, pioniera przechwytywania jonów i laureata Nagrody Nobla , zrobiła kiedyś zdjęcie pojedynczego atomu baru w swoim laboratorium” – powiedział Nadlinger. „Była to pojedyncza jasna plamka na ciemnym tle, z wyjątkiem rozpraszania laserowego. Jest taka historia, że wysłali to zdjęcie na jakąś konferencję, a edytor zdjęć właśnie wybił jon, ponieważ myślał, że to pyłek kurzu.”
Dodaj komentarz