Top Science Photo konkursa uzvarētājs uzņem vienu atomu

Līdz vidusskolas beigām vairumam no mums bija kāda ideja par to, kas ir atoms. Tie ir periodiskākās tabulas elementu visvienkāršākās formas. Tās ir nišas sfēras, kas teorētiski veido visu Visumā, no mūsu ķermeņu šūnām līdz gaisam, ko mēs elpojam. Tos var sadalīt, lai izveidotu atomu bumbu. Dažreiz tie ir izgatavoti, piemēram, apaļo protonu un orbitējošo elektronu saules sistēmas, lai gan, protams, tas patiesībā nav tas, kā viņi izskatās. Tāpat kā tik daudzās zinātnes koncepcijās, grūts atoms ir tas, ka mēs nevaram īsti redzēt tiem.

Bet uzvarētā fotogrāfija prestižā, ASV mēroga zinātnes fotogrāfiju konkursā, ko organizēja Tautas Inženierzinātņu un fizikas zinātņu pētniecības padome (EPSRC), ir mainījusies. Fotogrāfija, ko veica Oksfordas universitātes kvantu fiziķis Dāvids Nadlingers, Ph.D., ir nosaukts par „Viena atoma jonu slazdā”. Nosaukums ir pašsaprotams: Nadlinger burtiski uztvēra foto no viena atoma ierīcē, ko sauc par jonu slazdu. Tuvākie zinātnieki ir to izdarījuši, kad Griffith University pētnieki fotografēja ēna atoms 2012. gadā.

Bet šeit ir Nadlingera atoms, visā tās mazajā godībā. Iespējams, ka jums ir jātērp.

Tuvinot telpu starp slazdu, ir nedaudz labāks skats uz atomu, kuru Nadlingers aprakstīja ar atsauci uz Carl Sagan mūžīgajiem vārdiem par mūsu planētu.

“Ideja par iespēju redzēt vienu atomu ar neapbruņotu aci bija mani skārusi kā brīnišķīgi tiešu un viscerālu tiltu starp minislāņa kvantu pasauli un mūsu makroskopisko realitāti,” EPSRC paziņojumā teica Nadlingers. “Aplokšņu aprēķins parādīja, ka skaitļi ir manā pusē, un, kad es nokļuvu laboratorijā ar kameru un statīviem vienu klusu svētdienas pēcpusdienu, man tika atalgots šis īpašais neliela, gaiši zila punkta attēls. ”

Jonu slazdi ir tādu ierīču grupa, kas izmanto magnētiskos un elektriskos laukus, lai uztvertu atsevišķas uzlādētas daļiņas (joni ir tikai atomi, kuriem nav stabila elektronu skaita), kas ir noderīgi kvantu fiziķiem, kuri mācās laiku un kvantu skaitļošanu. Lai novērstu atomu tālummaiņu, slazdā tiek izmantota ļoti augsta vakuuma kamera. Nadlingers šo fotoattēlu paņēma, vēršot kameru caur šīs kameras logu, notverot atomu, kas iesprostots 2 milimetru telpā starp divām adatām.

Šajā fotogrāfijā atoms ir pozitīvi uzlādēts stroncija jons; ja kopā ar šiem jonu tīkliem, tie veido to, ko mēs pazīstam kā sudraba metāla stronciju. Bet, tā kā mēs varam tikai redzēt lietas, kas atspoguļo gaismu, Nadlingers izgaismoja atomu ar īpašu zilvioletu lāzeri, kas izraisīja atomu absorbēt un atkārtoti izstarot pietiekami daudz gaismas, lai uzņemtu ilgu ekspozīcijas fotogrāfiju.

Nadlingera fotogrāfija nevar padarīt zinātnes studentiem vieglāk saprast atoma kvantu struktūru, kas prasa to nojaukt līdz pat neelastīgākām, neiespējamajām fotogrāfijām. Bet vismaz tas sniedz mūsu cīnās smadzenes ar kaut ko taustāmu, lai strādātu.