Физики смогли увидеть тень атома в ультрафиолетовом свете

С момента появления первых оптических микроскопов в конце 16 века человечество изобрело несколько новых методик наблюдения за микромиром. Во второй половине 20 века и в начале текущего столетия были разработаны несколько методов, использующих пучок электронов для просвечивания образца и получения изображения. Лучшие современные просвечивающие электронные микроскопы (TEM) способны достигать разрешения в доли ангстрема (1 ангстрем равен 0,1 нанометра).

Группа ученых под руководством Дейвида Кильпински (David Kielpinski) из университета Гриффита в городе Брисбан (Австралия) изучала взаимодействие тяжелых ионов металлов с частицами света — фотонами.

Для этого Кильпински и его коллеги охладили несколько атомов тяжелого металла — иттербия-174 — до температуры, близкой к абсолютному нулю. Они извлекли один атом и поместили его в ловушку Пауля — особую конфигурацию из переменных электромагнитных полей, удерживающих ион на месте.

Физики облучили ион мягким ультрафиолетовым излучением и попытались сконцентрировать его фотоны при помощи специального оптического прибора — так называемой фазовой линзы Френеля. Эта линза представляет собой матрешку из множества микропризм, толщина и положение которых подобраны таким образом, что они усиливают и собирают световое излучение.

По словам исследователей, удачно сконструированная линза помогла им получить четкую тень атома на матрице цифровой камеры. Данная система сохраняет стабильность в течение многих часов, что позволяет изучать захваченный атом практически без ограничений по времени. Как утверждают физики, полученные фотографии «тени» атома обладают контрастностью, близкой к максимально возможной с точки зрения оптической теории.

Кильпински и его коллеги полагают, что дальнейшее развитие этой технологии позволит изучать клеточные процессы, в том числе, «раскручивание» хромосом и формирование новых молекул ДНК и РНК. Однако для этого придется улучшить скорость работы светочувствительной матрицы и разработать новые алгоритмы обработки изображений, позволяющих извлечь максимум из минимально контрастного изображения.