В тени одного отдельно взятого атома

Схема атомной ловушки и построение атомной тени.

Как увидеть атом? Очень просто, считают сотрудники университета Гриффита в австралийском г. Брисбен, опубликовавшие в журнале Nature Communications статью под названием «Абсорбционное изображение одиночного атома». Руководитель исследовательской группы, профессор Дэйв Келпински, заявил, что «мы достигли пределов разрешения, нельзя с помощью видимого света увидеть ничего мельче, нежели одиночный атом». Создание микроскопа супервысокого разрешения потребовало пяти лет напряженной работы.

Прежде всего нужно было научиться улавливать одиночный атомный ион в специальной ловушке (Раul trap). Сверхпрецизионное изображение атома, вернее темной тени атома, достигалось за счет использования импульсов света с разной длиной волны и соответственно частотой. «Подобного рода опыты помогают нам понять природу взаимодействия атома со светом, – подчеркивает один из авторов работы Эрик Стрид, – что приближает нас к созданию квантовых компьютеров; можно также говорить и о перспективах биомикроскопии».

Поглощение света уловленным атомом привело к формированию темной тени, интенсивность затемнения при этом была предварительно рассчитана теоретически. Это очень важно, полагают ученые, когда речь заходит о таких «нежных» биомолекулах, как ДНК, поскольку чрезмерное их освещение ультрафиолетом и рентгеновскими лучами ведет к повреждению их целостности. То же относится и к «обозрению» внутриклеточных структур. Вполне возможно, что новая атомная микроскопия приведет к рождению нового биологического знания и понимания природы живых объектов.

Тень атома иттербия. Иллюстрации из Nature Communications online

Статья в журнале начинается с исторического экскурса о роли света в изучении различных объектов наблюдения начиная с открытия Левенгуком красных кровяных клеток (эритроцитов) и кончая знаменитым атомным конденсатом Бозе–Эйнштейна (ВЕС). По мнению ученых, одиночный атом – идеальная система для визуализации с помощью абсорбции (поглощения) света. Изображение атомной тени строилось с использованием хорошо знакомых оптикам линз Френеля.

Авторы также воспользовались хорошо известными методами относительно долговременного удержания атома иттербия в спокойном состоянии с помощью контролируемых электрических полей. Немаловажно было подобрать соответствующую частоту световых колебаний. Изображение строилось на специальном дисплее детектора и параллельно на матрице цифровой камеры.