Фото одиночного атома: как был сделан знаменитый снимок

Атомы очень малы, они настолько малы, что человек разглядеть их не может, даже с помощью мощных микроскопов. Но, как это ни парадоксально, на этойм фото атома (а не просто картинке) вы можете увидеть частицу невооруженным глазом. Сегодня мы расскажем вам о том, как было сделано реальное фото атома.

Это реальное фото атома под электронным микроскопом сделана Дэвидом Нэдлингером и называется она «Одиночный атом в ионной ловушке». Пару лет назад она одержала победу в конкурсе на лучшую научную фотографию, проводимую Исследовательским советом инженерных и физических наук Великобритании. На фото изображен одиночный атом стронция в мощном электрическом поле. На него направлены лазеры, из-за чего атом испускает свет.

Что мы видим на снимке

Пусть частица и видна, рассмотреть как выглядит атом на фото все равно непросто. Если вы пристально вглядитесь в центр фотографии, то заметите слабо светящуюся голубую точку. Это и есть атом стронция, подсвеченный сине-фиолетовым лазером.

Примечательно то, что атом был сфотографирован обыкновенной цифровой камерой. В дополнение к ней использовались вспышки со светофильтрами и удлинительные кольца для макросъемки. При подсветке лазером атом стронция поглотил, а затем повторно излучил фотоны света. Отраженный свет и зафиксировала камера на длинной выдержке. Атомы без микроскопа можно увидеть только на фото. Название фото "Одиночный атом в ионной ловушке". Что же это за ловушка? Её электрические поля генерируются электродами из металла. На фото атома стронция в микроскопе поля составили два миллиметра.

Стронций в эксперименте использовали из-за размера: у стронция 38 протонов, и диаметр его атома — несколько миллионных долей миллиметра. Обычно столь мелкий объект мы бы не разглядели, но ученые использовали трюк, чтобы сделать атом ярче. Благодаря этому и получилось красивое фото атома.

Как сделали снимок

На фото атом под электронным микроскопом освещен высокомощным лазером, из-за которого электроны, кружащиеся по орбите вокруг атома стронция, получают больше энергии и начинают испускать свет. Как только заряженные электроны дали достаточное количество света, самая обыкновенная камера смогла сделать настоящее фото атома.

Правда, если бы вы лично стояли рядом с этой установкой, то ничего бы не увидели. Снимок сделан с помощью длинной выдержки, так как что без оборудования весь этот свет все равно не заметить. К сожалению, другого способа увидеть реальный одиночный атом невооруженным глазом у человека просто нет. Пока нет. Надеемся, что вскоре научный мир вновь порадует нас новыми фото атомов.

Автор фотографии Дэвид Надлингер сделал фото атома в микроскопе через окно камеры сверхвысокого вакуума, в которой заключена ионная ловушка. Эта техника не нова, но Надлингер впервые сделал это с помощью обычного фотоаппарата. Запечатлеть как выглядит атом под микроскопом на фото ему удалось с помощью камеры Canon 5D Mk II.

Чем снимок интересен для науки

В настоящее время ионные ловушки повсеместно распространены. Множество из них базируется на взаимодействии заряженных частиц с электромагнитным полем высокой частоты. Британский учёный для своего фото атома под микроскопом использовал квадрупольную ионную ловушку, второе название которой ловушка Пауля. Ловушки для ионов широко применяются для масс-спектрометрии — метода исследования вещества при котором определяется концентрация компонентов в нем — молекулярные массу, состав и формулу. Ионные ловушки применяются, помимо прочего, на химических производствах для фильтрации воздуха.ПМ

Books6687
"К чему здесь рассуждения о "намазывании" пятна?" - к тому, что экспонирование производилось с длительной выдержкой.

Одиночный атом обеспечивается конструкцией ловушки.

Цитата:

В 1953 году Вольфганг Пауль предложил новый тип масс-спектрометра без магнитного поля, который впоследствии стал прототипом для квадрупольной ловушки Пауля. В 1968 году Ханс Демельт предложил использовать радиочастотные ловушки для спектроскопии локализованных ионов. За свои работы в области удержания одиночных ионов Пауль и Демельт получили
Нобелевскую премию по физике 1989 года.
Источник: диссертация включающая создание линейной квадрупольной ловушки Пауля для захвата и исследования одиночных ионов (там же и про регистрацию есть в 2.4 Оптическая система регистрации одиночных ионов).

Пример с нагреванием приведен, чтобы показать, что эмиссионный спектр цезия содержит видимые глазом компоненты.

Если лазер возбуждает группу атомов, то возбуждает и одиночные. Что касается спектра лазера, то вот здесь (в 3.5 Моделирование динамики атомов) студент в курсовой моделирует возбуждение двух атомов цезия в ловушке лазером.

ambystoma писал(а):

"К чему здесь рассуждения о "намазывании" пятна?" - к тому, что экспонирование производилось с длительной выдержкой.

Ну И? Понятно же, что при длительной выдержке детализация стремится к нулю. И как тогда это условие (длительная выдержка) коррелируется с другим утверждением новости, говорящей о фотографии одиночного атома? Выходит, что чёткого фото атома-то фактически и нет? А есть какая-то неведомая мазня?

ambystoma писал(а):

Пример с нагреванием приведен, чтобы показать, что эмиссионный спектр цезия содержит видимые глазом компоненты.

Если лазер возбуждает группу атомов, то возбуждает и одиночные. Что касается спектра лазера, то вот здесь (в 3.5 Моделирование динамики атомов) студент в курсовой моделирует возбуждение двух атомов цезия в ловушке лазером.

ambystoma, намоделировать-то (как тот студент в курсовой) можно что угодно... А что говорит практика? Я же не просто так показал Вам реальную практическую картину на примере невозможности "увидеть мелкое" при освещении его несоответствующим размеру объекта источником излучения... Потому и возникают сомнения в достоверности некоторых данных из этой новости... Ведь чёткого описания параметров нет...

Books6687 писал(а):

Ведь чёткого описания параметров нет...

и по факту мы видим лишь световое пятно, которое может быть чем угодно..
а может это НЛО? Наука доказала что НЛО существует!!! О нет

Михаил писал(а):

Чем снимок интересен для науки

снимок интересен для науки тем -
- что именно фантазия первоначало для науки, а уже потом версии, теории, практика..

Books6687
"А есть какая-то неведомая мазня?" - ну, как-то так, а если вы посмотрите внимательно на фото в первоисточнике, то обнаружите, как я уже писал в этой ветке, темную точку в центре атома - дефект сжатия изображения? дырка в атоме? нос Винни-Пуха, поющего "я тучка-тучка-тучка"?. В общем, нам доступна мазня из публикаций. Но никто ведь четкого фото и не обещал.

"А что говорит практика?" - по ссылке в диссере, что я приводил ("там же и про регистрацию есть в 2.4 Оптическая система регистрации одиночных ионов", также 2.5, 2.6), описание практичекой системы.

Данных про эксперимент с фото недостаточно, нет подробного описания, но все это реально.

Я бы больше обращал внимание не на качество эксперимента, а на весь процесс популяризации науки в Великобритании (и в других загнивающих странах) доселе почти неведомый российским правителям. Конкурс с фото, призовой фонд, публикации это результат работы EPSRC и является частью этого процесса.

Просмотр доступен только для зарегистрированных пользователей