Víťaz súťaže Top Science Photo Zachytáva jeden atóm

Do konca strednej školy, väčšina z nás mala nejakú predstavu o tom, čo je atóm. Sú to najzákladnejšie formy prvkov v periodickej tabuľke. Sú to malé gule, ktoré teoreticky tvoria všetko vo vesmíre, od buniek v našom tele až po vzduch, ktorý dýchame. Môžu byť rozdelené na vytvorenie atómovej bomby. Niekedy sú nakreslené ako slnečné systémy kruhových protónov a obiehajúcich elektrónov, aj keď to samozrejme nie je to, ako vyzerajú. Rovnako ako u mnohých konceptov vo vede, aj na atómoch je zložité, že nemôžeme naozaj vidieť ne.

Ale víťazná fotografia na prestížnej, širokej vedeckej fotografickej súťaži U.K. organizovanej Národnou výskumnou radou pre inžinierstvo a fyzikálne vedy (EPSRC) to zmenila. Fotografia, ktorú urobil kvantový fyzik Oxfordskej univerzity David Nadlinger, Ph.D., má názov „Jediný atóm v iónovej pasci“. Názov je samozrejmý: Nadlinger doslova zachytil fotografiu jedného atómu v zariadení nazývanom iónová pasca, Najbližší vedci to urobili, keď výskumníci Griffith University fotografovali tieň atómu v roku 2012.

Ale tu je atóm Nadlingera, vo všetkých jeho nepatrnej sláve. Možno budete musieť šilhať.

Priblíženie sa do priestoru medzi pascou ukazuje trochu lepší pohľad na atóm, ktorý opísal Nadlinger s odkazom na nadčasové slová Carla Sagana o našej planéte.

„Myšlienka, že by som videl jediný atóm voľným okom, ma udrela ako nádherne priamy a viscerálny most medzi nepatrným kvantovým svetom a našou makroskopickou realitou,“ povedal Nadlinger vo vyhlásení EPSRC. „Výpočet na zadnej strane obálky ukazoval čísla, ktoré majú byť na mojej strane, a keď som s fotoaparátom a statívmi odišiel do laboratória v jednu tichú nedeľu popoludní, bol som odmenený týmto konkrétnym obrazom malej bledo modrej bodky."

Iónové pasce sú rodinou zariadení, ktoré využívajú magnetické a elektrické polia na zachytávanie jednotlivých nabitých častíc (ióny sú len atómy, ktoré nemajú stabilný počet elektrónov), ktoré sú užitočné pre kvantových fyzikov študujúcich čas a kvantové výpočty. Aby sa zabránilo oddialeniu atómu, používa pasca ultravysokú vákuovú komoru. Nadlinger vzal túto fotografiu tým, že ukázal svoju kameru oknom tejto komory a zachytil atóm zachytený v 2 milimetrovom priestore medzi dvoma ihlami.

Atóm na tejto fotografii je kladne nabitý ión stroncia; keď je dosť týchto iónových sietí dohromady, tvoria to, čo poznáme ako strieborné kovové stroncium. Ale keďže vidíme len tie veci, ktoré odrážajú svetlo, Nadlinger osvetľuje atóm špecifickým modrofialovým laserom, ktorý spôsobil, že atóm absorbuje a znovu vydáva dostatok svetla na zachytenie dlhej expozície.

Nadlingerova fotografia nemusí študentom vedy uľahčiť pochopenie kvantovej štruktúry atómu, ktorá si vyžaduje rozdelenie na ešte jemnejšie, nemožné fotografie. Ale aspoň to poskytuje náš bojujúci mozog s niečím hmatateľným na prácu.