Vinneren av Top Science Photo Competition Fanger et enkelt atom

På slutten av videregående skole hadde de fleste av oss en ide om hva et atom er. De er de mest grunnleggende formene av elementene på det periodiske bordet. De er små kuler som teoretisk sett utgjør alt i universet, fra cellene i kroppene våre til luften som vi puster. De kan deles for å skape en atombombe. Noen ganger er de trukket som solsystemer av runde protoner og banebrytende elektroner, selvfølgelig, det er egentlig ikke hvordan de ser ut. Som med så mange begreper i vitenskap, er den vanskelige tingen om atomer det vi egentlig ikke kan se dem.

Men det vinnende bildet i en prestisjetunge, U.K.-vitenskapsfotograferingskonkurranse organisert av nasjonens tekniske og fysiske forskningsråd (EPSRC) har endret det. Bildet, tatt av Oxford University quantum physicist David Nadlinger, Ph.D., heter "Single Atom i et Ion Trap." Tittelen er selvforklarende: Nadlinger fanget bokstavelig talt et bilde av et enkelt atom i en enhet kalt en ionfelle. De nærmeste forskerne har kommet for å gjøre dette var da Griffith University forskere fotograferte skygge av et atom i 2012.

Men her er Nadlingers atom, i all sin tynne herlighet. Det kan hende du må tøffe.

Zoomer inn i mellomrommet mellom fellen viser en litt bedre visning av atomet, som Nadlinger beskrev med henvisning til Carl Sagans tidløse ord om planeten vår.

"Ideen om å kunne se et enkelt atom med det blotte øye, hadde slått meg som en fantastisk direkte og visceral bro mellom den minimale kvanteverdenen og vår makroskopiske virkelighet," sa Nadlinger i en EPSRC-setning. "En konvoluttberegning viste at tallene skulle være på min side, og da jeg satt på labb med kamera og stativ en rolig søndag ettermiddag, ble jeg belønnet med dette bestemte bildet av en liten, blekblått prikk.”

Ionfeller er en familie av enheter som bruker magnetiske og elektriske felt til å fange opp individuelle ladede partikler (ioner er bare atomer som ikke har et stabilt antall elektroner), som er nyttige for kvantfysikere som studerer tid og kvantumberegning. For å forhindre at atomet zoomer ut, bruker fellen et ultrahøyt vakuumkammer. Nadlinger tok dette bildet ved å peke på kameraet sitt gjennom et vindu i dette kammeret, og fanget atomet fanget i 2 mm mellomrom mellom to nåler.

Atomet i dette bildet er en positivt ladet ion av strontium; når nok av disse ioner nettverket sammen, danner de det vi kjenner som det sølvsmyke metallstrontium. Men siden vi bare kan se ting som reflekterer lys, belyser Nadlinger atomet med en bestemt blåviolett laser, noe som førte til at atomet absorberer og gir igjen lys til et langt eksponeringsfotografi for å fange.

Nadlingers fotografi kan ikke gjøre det enklere for studenter av naturvitenskap å forstå atomets kvantestruktur, noe som krever at det brytes ned til enda tynnere, umulig å fotografere deler. Men i det minste gir det våre sliter hjerner med noe håndfast å jobbe med.