Vítěz soutěže o nejlepší vědeckou fotografii zachycuje jeden atom

Do konce střední školy, většina z nás měla nějakou představu o tom, co je atom. Jsou to nejzákladnější formy prvků v periodické tabulce. Jsou to malé koule, které teoreticky tvoří vše ve vesmíru, od buněk v našem těle až po vzduch, který dýcháme. Oni mohou být rozděleni vytvořit atomovou bombu. Někdy jsou kresleni jako sluneční soustavy kulatých protonů a obíhajících elektronů, i když to samozřejmě není to, jak vypadají. Stejně jako u mnoha konceptů ve vědě, tak i složité na atomech je to, že opravdu nemůžeme vidět jim.

Vítězná fotografie na prestižní, vědecké fotografické soutěži U.K., pořádané Národní radou pro výzkum v oblasti inženýrství a fyzikálních věd (EPSRC), to změnila. Snímek pořízený kvantovým fyzikem Oxfordské univerzity Davidem Nadlingerem, Ph.D., se jmenuje „Single Atom in Ion Trap“. Titul je samozřejmý: Nadlinger doslova zachytil fotografii jednoho atomu v zařízení zvaném iontová past.. Nejbližší vědci to přišli, když vědci z Griffith University fotografovali stín atomu v roce 2012.

Ale tady je Nadlingerův atom ve všech jeho nepatrné slávě. Možná budete muset šilhat.

Přiblížení do prostoru mezi pastí ukazuje poněkud lepší pohled na atom, který Nadlinger popsal s odkazem na nadčasová slova Carla Sagana o naší planetě.

„Myšlenka na to, že by bylo možné spatřit jediný atom pouhým okem, mě zasáhla jako nádherně přímý a viscerální most mezi nepatrným kvantovým světem a naší makroskopickou realitou,“ řekl Nadlinger ve svém prohlášení EPSRC. „Výpočet na zadní straně obálky ukázal, že čísla mají být na mé straně, a když jsem se vydal do laboratoře s fotoaparátem a stativy v jednom tichém nedělním odpoledni, byl jsem odměněn tímto konkrétním obrázkem malé, světle modré tečky. “

Ionové lapače jsou skupinou zařízení, která používají magnetická a elektrická pole k zachycení jednotlivých nabitých částic (ionty jsou jen atomy, které nemají stabilní počet elektronů), které jsou užitečné pro kvantové fyziky studující čas a kvantové výpočty. Aby se zabránilo tomu, že se atom oddálí, použije past s ultravysokou vakuovou komorou. Nadlinger vzal tuto fotografii tím, že ukázal svou kamerou oknem této komory a zachytil atom uvězněný ve 2 milimetrovém prostoru mezi dvěma jehlami.

Atom v této fotografii je kladně nabitý ion stroncia; když se dost těchto iontů spojí dohromady, tvoří to, co známe jako stříbrné kovové stroncium. Ale protože vidíme jen věci, které odrážejí světlo, Nadlinger osvětlil atom specifickým modrofialovým laserem, který způsobil, že atom absorboval a znovu vydával dostatek světla pro zachycení dlouhé expozice.

Nadlingerova fotografie nemusí studentům přírodních věd usnadnit pochopení kvantové struktury atomu, která vyžaduje jeho rozložení na ještě jemnější, nemožné fotografie. Ale přinejmenším to poskytuje náš bojující mozek s něčím hmatatelným pro práci.