titta noga och du ser det: en blek, lila pixel hängande i ett svart fält mellan två cylindriska nålar.Det som ser ut som en skimrande dammfläck är faktiskt något mycket, mycket mindre: en enda atom av strontium, isolerad i en jonfälla maskin vid University of Oxford.
det är litet. Riktigt liten. Varje atom är ungefär 0,25 nanometer (eller miljarddelar av en meter) över; miljarder av atomerna skulle passa bekvämt inuti en enda röd blodcell.,
hur gör du fånga ett foto av något detta till synes oändligt liten? En fotograf, David Nadlinger, används en vanlig digital kamera — men han hade lite hjälp med att ställa upp bilden med tillstånd av Oxfords Ion Trap Quantum Computing lab, där han forskar för hans Ph. D. På Februari. 12, Nadlinger vann första plats i en national science fotografering tävlingen som anordnas av Engineering and Physical Sciences Research Council för att fånga denna sällsynt foto av ett enda belysta atom.,
”Jag tror att det som gör den här bilden särskilt intressant för människor är att du kan se den omgivande apparaten”, berättade Nadlinger för Live Science. ”Och jag tror att människor också är förvånade över hur stor atomen ser ut här. … Jag hoppas att jag inte undoing 100 år av vetenskap utbildning med detta foto-atomer faktiskt är otroligt små!”
För att vara tydlig, sade Nadlinger, den lila fläcken i mitten av detta foto är inte den sanna storleken på strontiumatomen själv; det är ljuset från en rad omgivande lasrar som återutges av atomen., När man badar i en specifik våglängd av blått ljus, strontium skapar en glöd hundratals gånger större än radien av atomen själv (vilket är ungefär en fjärdedel av en nanometer, eller 2.5×10 till -7 meter, Nadlinger sagt). Denna glöd skulle knappt märkas med blotta ögat men blir uppenbar med en liten kameramanipulation.
” den skenbara storleken du ser på bilden är vad vi skulle kalla optisk aberration”, sa Nadlinger. ”Linsen vi ser igenom är inte perfekt – det är också något ur fokus och något överexponerat. Du kan jämföra det med att titta på stjärnorna på natthimlen, som verkar ljusa men är faktiskt mycket, mycket mindre än den storlek de verkar vara, bara för att våra ögon (eller kameran) inte har tillräckligt med upplösning för att bearbeta dem.,”
så det är omöjligt att se en enda atom med blotta ögat. Att fånga en i ett labb är dock lite mer genomförbart.
för att fånga en jon av tån
för att göra en enda atomkamera-klar så här måste forskare först göra den till en jon: en atom med ett ojämnt antal protoner och elektroner, vilket ger den en positiv eller negativ nettoladdning. ”Vi kan bara någonsin fånga laddade partiklar”, sa Nadlinger. ”Så tar vi en ström av neutrala strontiumatomer, som kommer från en ugn och lyser lasrar på dem för att selektivt fotojonisera dem., På så sätt kan vi skapa enskilda joner.”
när de placeras i en jonfällapparat hålls enstaka atomer på plats av fyra bladformade elektroder som de som ses ovan och under strontium speck i Nadlingers foto (två ytterligare elektroder är utom synhåll). Dessa elektroder skapar en ström som håller atomen fixerad på den vertikala axeln; de två nålformade cylindrarna på vardera sidan av atomen håller den fast horisontellt.
När strömmarna från dessa elektroder interagerar skapar de vad som kallas en roterande sadelpotential., ”Du kan se videor på nätet där människor bokstavligen tar en sadel och roterar den och lägger en boll på den; på grund av rotationen stannar bollen faktiskt i mitten av sadeln. Så det är vad dessa elektroder gör för att begränsa Jonen, säger Nadlinger.
När en atom är begränsad träffar en rad lasrar atomen, som sprider ljus i alla riktningar; i Nadlingers foto kan du se spår av den blå lasern i hela bakgrunden., Med hjälp av detta system kan forskare potentiellt fånga strängar av hundratals joner mellan de små elektroderna, vilket resulterar i några fantastiska bilder.
”på vår hemsida har vi en bild av nio joner fångade i en sträng”, sa Nadlinger. ”När det gäller vetenskapen är det faktiskt mer intressant än att ha en enda ljus pixel omgiven av jonfällan. Men för att illustrera konceptet kan det vara mer tilltalande.”
Nadlinger tror inte att han är den första forskaren att ta ett sådant foto, men han kan mycket väl vara den mest framgångsrika för att fånga allmänhetens uppmärksamhet med en.,
”en grupp ledd av Hans Dehmelt, en pionjär inom jonfångst och nobelpristagare , tog en gång en bild av en enda bariumatom i sitt labb”, sa Nadlinger. ”Det var en enda ljus fläck på en mörk bakgrund, förutom någon laserspridning. Det finns en historia som de skickade in den här bilden till några konferensförfaranden — och bildredaktören stämplade bara ut Jonen eftersom han trodde att det var en dammkorn.”
ursprungligen publicerad på Live Science.
Lämna ett svar