ผู้ชนะเลิศการประกวดภาพถ่ายวิทยาศาสตร์สุดยอดจับภาพอะตอมเดี่ยว

ในตอนท้ายของโรงเรียนมัธยมพวกเราส่วนใหญ่มีความคิดว่าอะตอมคืออะไร พวกเขาเป็นรูปแบบพื้นฐานที่สุดขององค์ประกอบในตารางธาตุ พวกมันเป็นทรงกลมเล็ก ๆ ที่สร้างทุกสิ่งในจักรวาลตามหลักวิชาตั้งแต่เซลล์ในร่างกายของเราไปจนถึงอากาศที่เราหายใจ พวกเขาสามารถแยกออกเพื่อสร้างระเบิดปรมาณู บางครั้งพวกเขาก็วาดเหมือนระบบสุริยจักรวาลของโปรตอนทรงกลมและการโคจรของอิเล็กตรอน แต่แน่นอนว่ามันไม่ใช่รูปลักษณ์ของพวกเขา เช่นเดียวกับแนวคิดทางวิทยาศาสตร์มากมายสิ่งที่ยุ่งยากเกี่ยวกับอะตอมก็คือเราไม่สามารถทำได้จริง ๆ ดู พวกเขา

แต่ภาพถ่ายที่ชนะเลิศในการประกวดภาพถ่ายทางวิทยาศาสตร์ที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางซึ่งจัดโดยสภาวิจัยวิศวกรรมและวิทยาศาสตร์กายภาพ (EPSRC) ของประเทศได้เปลี่ยนไป ภาพถ่ายที่ถ่ายโดยนักฟิสิกส์ควอนตัมของมหาวิทยาลัยอ็อกซ์ฟอร์ดเดวิดแนดลิงเกอร์, Ph.D., มีชื่อว่า 'อะตอมเดี่ยวในกับดักไอออน” ชื่อนี้อธิบายตนเองได้: Nadlinger ถ่ายภาพอะตอมเดี่ยวในอุปกรณ์ที่เรียกว่าไอออนดักจับ. นักวิทยาศาสตร์ที่ใกล้ที่สุดได้มาทำสิ่งนี้คือเมื่อนักวิจัยของ Griffith University ถ่ายภาพ เงา ของอะตอมในปี 2012

แต่นี่เป็นอะตอมของ Nadlinger ในรัศมีภาพจิ๋วของมัน คุณอาจต้องเหล่

การซูมเข้าไปในช่องว่างระหว่างกับดักแสดงมุมมองที่ดีขึ้นเล็กน้อยของอะตอมซึ่ง Nadlinger อธิบายด้วยการอ้างอิงถึงคำพูดที่ไร้กาลเวลาของ Carl Sagan เกี่ยวกับโลกของเรา

“ ความคิดที่จะเห็นอะตอมเดียวด้วยตาเปล่าทำให้ฉันเป็นสะพานเชื่อมโยงและอวัยวะภายในที่ยอดเยี่ยมระหว่างโลกควอนตัมที่มีขนาดเล็กและความเป็นจริงของเรา” Nadlinger กล่าวในแถลงการณ์ EPSRC “ การคำนวณด้านหลังของซองจดหมายแสดงให้เห็นว่าตัวเลขอยู่ด้านข้างของฉันและเมื่อฉันออกเดินทางไปยังห้องแล็บด้วยกล้องและขาตั้งหนึ่งบ่ายวันอาทิตย์ที่เงียบสงบฉันได้รับรางวัลด้วยรูปภาพขนาดเล็กสีฟ้าซีด.”

กับดักไอออนเป็นอุปกรณ์ที่ใช้สนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าในการดักจับอนุภาคที่มีประจุแต่ละตัว (ไอออนเป็นเพียงอะตอมที่ไม่มีอิเล็กตรอนจำนวนคงที่) ซึ่งมีประโยชน์สำหรับนักฟิสิกส์ควอนตัมที่ศึกษาเวลาและการคำนวณควอนตัม เพื่อป้องกันไม่ให้อะตอมซูมออกกับดักใช้ห้องสูญญากาศสูงเป็นพิเศษ Nadlinger ถ่ายภาพนี้โดยหันกล้องของเขาผ่านหน้าต่างของห้องนี้จับภาพอะตอมที่ติดอยู่ในพื้นที่ 2 มิลลิเมตรระหว่างเข็มสองเข็ม

อะตอมในภาพนี้เป็นไอออนที่มีประจุบวกของสตรอนเทียม เมื่อเครือข่ายไอออนเหล่านี้เข้าด้วยกันมากพอพวกมันจะสร้างสิ่งที่เรารู้ว่าเป็นธาตุโลหะชนิดหนึ่ง แต่เนื่องจากเราสามารถเห็นสิ่งต่าง ๆ ที่สะท้อนแสงเท่านั้น Nadlinger ส่องสว่างอะตอมด้วยเลเซอร์สีน้ำเงิน - ม่วงที่เฉพาะเจาะจงซึ่งทำให้อะตอมดูดซับและปล่อยแสงที่เพียงพอสำหรับการถ่ายภาพการเปิดรับแสงที่ยาวนาน

รูปถ่ายของ Nadlinger อาจไม่ได้ง่ายขึ้นสำหรับนักเรียนวิทยาศาสตร์ที่จะเข้าใจโครงสร้างควอนตัมของอะตอมซึ่งต้องทำลายมันลงเพื่อให้ได้ชิ้นส่วนที่ไม่สวยและเป็นไปไม่ได้ที่จะถ่ายรูป แต่อย่างน้อยมันก็ช่วยให้สมองของเรามีบางสิ่งที่จับต้องได้