มองอย่างใกล้ชิดแล้วคุณจะเห็นมัน: พิกเซลสีม่วงซีดแขวนอยู่ในสนามสีดำระหว่างเข็มทรงกระบอกสองเส้นสิ่งที่ดูเหมือนจุดฝุ่นที่ส่องแสงเป็นจริงมีขนาดเล็กกว่ามาก: อะตอมเดียวของสตรอนเทียมแยกออกจากเครื่องดักไอออนที่มหาวิทยาลัยอ๊อกซฟอร์ด
นั่นเล็ก เล็กจริงๆแต่ละอะตอมมีประมาณ 0.25 นาโนเมตร (หรือพันล้านเมตร) ข้าม หลายพันล้านอะตอมจะพอดีกับเซลล์เม็ดเลือดแดงเดี่ยว
คุณถ่ายภาพบางสิ่งบางอย่างนี้ขนาดเล็กที่ดูเล็ก ๆ น้อย ๆ ได้อย่างไร? David Nadlinger ช่างภาพคนหนึ่งใช้กล้องดิจิตอลมาตรฐาน - แต่เขามีความช่วยเหลือบางอย่างในการตั้งค่าการถ่ายภาพของห้องปฏิบัติการคอมพิวเตอร์ควอนตัมไอออนของ Oxford ซึ่งเขากำลังค้นคว้าปริญญาเอก เมื่อวันที่ 12 กุมภาพันธ์ Nadlinger ได้รับรางวัลครั้งแรกในการแข่งขันการถ่ายภาพวิทยาศาสตร์แห่งชาติซึ่งจัดโดยสภาวิจัยวิศวกรรมและวิทยาศาสตร์กายภาพสำหรับการจับภาพที่หายากของอะตอมที่ส่องสว่างเพียงอันเดียว
“ ฉันคิดว่าสิ่งที่ทำให้ภาพนี้น่าสนใจเป็นพิเศษสำหรับผู้คนคือคุณสามารถเห็นอุปกรณ์โดยรอบ” Nadlinger บอกกับวิทยาศาสตร์การใช้ชีวิต “ และฉันคิดว่าผู้คนต่างก็ประหลาดใจกับการดูอะตอมที่นี่ขนาดใหญ่…ฉันหวังว่าฉันจะไม่เลิกการศึกษาวิทยาศาสตร์ 100 ปีด้วยรูปนี้ - อะตอมเป็นจริงเล็กอย่างไม่น่าเชื่อ-
เพื่อความชัดเจน Nadlinger กล่าวว่าจุดสีม่วงที่กึ่งกลางของภาพนี้ไม่ได้เป็นขนาดที่แท้จริงของอะตอมสตรอนเทียม มันเป็นแสงจากเลเซอร์โดยรอบที่ถูกปล่อยออกมาจากอะตอมอีกครั้ง เมื่ออาบน้ำในความยาวคลื่นที่เฉพาะเจาะจงของแสงสีน้ำเงินสตรอนเทียมจะสร้างแสงที่กว้างกว่ารัศมีของอะตอมหลายร้อยเท่า (ซึ่งประมาณหนึ่งในสี่ของนาโนเมตรหรือ 2.5x10 ถึง -7 เมตร Nadlinger กล่าว) เรืองแสงนี้แทบจะไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า แต่จะปรากฏชัดเจนด้วยการจัดการกล้องเล็กน้อย
“ ขนาดที่เห็นได้ชัดที่คุณเห็นในภาพคือสิ่งที่เราเรียกว่าความผิดปกติของแสง” Nadlinger กล่าว "เลนส์ที่เราเห็นมันไม่สมบูรณ์แบบ - นอกจากนี้ยังไม่ได้โฟกัสเล็กน้อยและ overexposed เล็กน้อยคุณสามารถเปรียบเทียบกับมันได้มองไปที่ดวงดาวในท้องฟ้ายามค่ำคืนซึ่งดูสดใส แต่จริงๆแล้วมีขนาดเล็กกว่าขนาดที่พวกเขาดูเหมือนจะเป็นเพราะดวงตาของเรา (หรือกล้อง) ไม่มีความละเอียดเพียงพอที่จะประมวลผลพวกเขา "
ดังนั้นการได้เห็นอะตอมเดียวที่มีตาเปล่าเป็นไปไม่ได้ อย่างไรก็ตามการวางกับหนึ่งในห้องแล็บนั้นเป็นไปได้อีกเล็กน้อย
เพื่อจับไอออนที่นิ้วเท้า
ในการสร้างกล้องอะตอมเดียวเช่นนี้นักวิจัยต้องเปลี่ยนเป็นไอออนก่อน: อะตอมที่มีโปรตอนและอิเล็กตรอนจำนวนไม่เท่ากันทำให้มีประจุสุทธิบวกหรือลบ “ เราสามารถดักจับอนุภาคที่มีประจุได้เท่านั้น” Nadlinger กล่าว "ดังนั้นเราจึงใช้อะตอมของสตรอนเทียมที่เป็นกลางซึ่งมาจากเตาอบและส่องแสงเลเซอร์ที่พวกเขาเพื่อเลือกถ่ายภาพพวกมันด้วยวิธีนี้เราสามารถสร้างไอออนเดี่ยวได้"
เมื่อวางไว้ในอุปกรณ์ดักจับไอออนอะตอมเดี่ยวจะถูกจัดขึ้นโดยขั้วไฟฟ้ารูปใบใบสี่ใบเช่นที่เห็นด้านบนและด้านล่างของสตรอนเทียมในภาพถ่ายของ Nadlinger ขั้วไฟฟ้าเหล่านี้สร้างกระแสที่ช่วยให้อะตอมคงที่บนแกนแนวตั้ง กระบอกสูบรูปเข็มสองตัวที่ด้านใดด้านหนึ่งของอะตอมทำให้มันติดอยู่ในแนวนอน
เมื่อกระแสจากอิเล็กโทรดเหล่านี้มีปฏิสัมพันธ์กันพวกเขาจะสร้างสิ่งที่เรียกว่าศักยภาพอานที่หมุนได้ “ คุณทำได้ดูวิดีโอออนไลน์ที่ผู้คนใช้อานม้าอย่างแท้จริงและหมุนมันและวางบอลลงไป เนื่องจากการหมุนลูกบอลอยู่ตรงกลางอาน นั่นคือสิ่งที่ขั้วไฟฟ้าเหล่านี้ทำเพื่อ จำกัด ไอออน "Nadlinger กล่าว
เมื่ออะตอมถูกกักตัวไว้แล้วเลเซอร์ก็กระทบอะตอมซึ่งทำให้แสงสว่างในทุกทิศทาง; ในภาพถ่ายของ Nadlinger คุณสามารถเห็นร่องรอยของเลเซอร์สีน้ำเงินทั่วพื้นหลัง การใช้ระบบนี้นักวิจัยสามารถดักจับไอออนหลายร้อยตัวระหว่างอิเล็กโทรดเล็ก ๆ น้อย ๆ ส่งผลให้เกิดภาพที่น่าทึ่ง
"บนเว็บไซต์ของเราเรามีภาพของเก้าไอออนติดอยู่ในสตริง "Nadlinger กล่าว" ในแง่ของวิทยาศาสตร์ที่จริงแล้วน่าสนใจกว่าการมีพิกเซลที่สดใสเดียวที่ล้อมรอบด้วยกับดักไอออน แต่เพื่อแสดงให้เห็นถึงแนวคิดสิ่งนี้อาจน่าดึงดูดยิ่งขึ้น "
Nadlinger ไม่เชื่อว่าเขาเป็นนักวิจัยคนแรกที่ถ่ายภาพดังกล่าว แต่เขาอาจประสบความสำเร็จมากที่สุดในการดึงดูดความสนใจของสาธารณชนด้วย
"กลุ่มที่นำโดย Hans Dehmelt ผู้บุกเบิกการดักไอออนและผู้ได้รับรางวัลโนเบล [ในปี 1989] ครั้งหนึ่งเคยถ่ายรูปอะตอมแบเรียมเดียวในห้องแล็บของพวกเขา" Nadlinger กล่าว "มันเป็นจุดที่สดใสเพียงจุดเดียวบนพื้นหลังที่มืดนอกเหนือจากการกระจายเลเซอร์บางเรื่องมีเรื่องนี้ที่พวกเขาส่งภาพนี้ไปยังการประชุมการประชุม - และบรรณาธิการภาพเพิ่งประทับตราไอออนเพราะเขาคิดว่ามันเป็นจุดฝุ่น"
เผยแพร่ครั้งแรกเมื่อวิทยาศาสตร์สด-
