โดย แบรนดอน Specktor บาคาร่า เผยแพร่ 15 กุมภาพันธ์ 2018 อะตอมสตรอนเทียมเดียวลอยอยู่ระหว่างขั้วไฟฟ้าสองขั้ว (เครดิตภาพ: เดวิด แนดลิงเกอร์/ มหาวิทยาลัยอ๊อกซฟอร์ด)มองอย่างใกล้ชิดแล้วคุณจะเห็นมัน: พิกเซลสีม่วงอ่อนที่แขวนอยู่ในสนามสีดําระหว่างเข็มทรงกระบอกสองเข็ม สิ่งที่ดูเหมือนจุดฝุ่นระยิบระยับเป็นสิ่งที่เล็กกว่ามาก: อะตอมเดียวของสตรอนเทียมที่แยกได้ในเครื่องดักจับไอออนที่มหาวิทยาลัยอ็อกซ์ฟอร์ด
ที่มีขนาดเล็ก. เล็กจริงๆ. แต่ละอะตอมมีประมาณ 0.25 นาโนเมตร (หรือพันล้านเมตร) ล้านอะตอม
จะพอดีอย่างสะดวกสบายภายในเซลล์เม็ดเลือดแดงเดียวคุณจะถ่ายภาพของบางสิ่งบางอย่างนี้ดูเหมือนเล็กไม่มีที่สิ้นสุดได้อย่างไร ช่างภาพคนหนึ่ง David Nadlinger ใช้กล้องดิจิตอลมาตรฐาน — แต่เขามีความช่วยเหลือในการตั้งค่าการถ่ายภาพโดยได้รับความอนุเคราะห์จากห้องปฏิบัติการคอมพิวเตอร์ Ion Trap Quantum ของ Oxford ซึ่งเขากําลังค้นคว้าปริญญาเอกของเขา เมื่อวันที่ 12 กุมภาพันธ์ Nadlinger ได้รับรางวัลชนะเลิศอันดับหนึ่งในการแข่งขันการถ่ายภาพวิทยาศาสตร์แห่งชาติที่จัดโดยสภาวิจัยวิศวกรรมและวิทยาศาสตร์กายภาพสําหรับการถ่ายภาพหายากของอะตอมเรืองแสงเพียงอะตอมเดียว”ฉันคิดว่าสิ่งที่ทําให้ภาพนี้น่าสนใจเป็นพิเศษสําหรับผู้คนคือคุณสามารถเห็นอุปกรณ์โดยรอบได้” Nadlinger “และฉันคิดว่าผู้คนยังประหลาดใจกับความใหญ่ของอะตอมที่นี่ … ฉันหวังว่าฉันจะไม่เลิกทําการศึกษาวิทยาศาสตร์ 100 ปีด้วยภาพนี้ – อะตอมมีขนาดเล็กอย่างไม่น่าเชื่อ!”
เพื่อความชัดเจน Nadlinger กล่าวว่าจุดสีม่วงที่อยู่ตรงกลางของภาพนี้ไม่ใช่ขนาดที่แท้จริงของอะตอมสตรอนเทียมเอง มันเป็นแสงจากอาร์เรย์ของเลเซอร์โดยรอบที่ถูกปล่อยออกมาอีกครั้งโดยอะตอม เมื่ออาบน้ําในความยาวคลื่นเฉพาะของแสงสีฟ้าสตรอนเทียมจะสร้างแสงที่กว้างกว่ารัศมีของอะตอมหลายร้อยเท่า (ซึ่งประมาณหนึ่งในสี่ของนาโนเมตรหรือ 2.5×10 ถึง -7 เมตร Nadlinger กล่าว) เรืองแสงนี้จะแทบจะมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า แต่จะกลายเป็นชัดเจนกับการจัดการกล้องเล็กน้อย
มองอย่างใกล้ชิด: จุดสีม่วงนั้นคือแสงที่หลั่งออกมาจากอะตอมสตรอนเทียมเพียงอะตอมเดียว (เครดิตภาพ: เดวิด แนดลิงเกอร์/ มหาวิทยาลัยอ๊อกซฟอร์ด)”ขนาดที่ชัดเจนที่คุณเห็นในภาพคือสิ่งที่เราเรียกว่าความคลาดเคลื่อนทางแสง” Nadlinger “เลนส์ที่เราเห็นมันผ่านไม่สมบูรณ์แบบ – นอกจากนี้ยังเล็กน้อยออกจากโฟกัสและ overexposed เล็กน้อย คุณสามารถเปรียบเทียบมันกับการมองดูดวงดาวในท้องฟ้ายามค่ําคืนซึ่งดูสดใส แต่จริงๆแล้วมีขนาดเล็กกว่าขนาดที่ดูเหมือนมากเพียงเพราะดวงตาของเรา (หรือกล้อง) ไม่มีความละเอียดเพียงพอที่จะประมวลผล”
ดังนั้นการเห็นอะตอมเดียวด้วยตาเปล่าจึงเป็นไปไม่ได้ อย่างไรก็ตามการดักจับหนึ่งในห้องแล็บนั้นสามา
รถทําได้มากกว่าเล็กน้อยเพื่อจับไอออนข้างนิ้วเท้าเพื่อให้กล้องอะตอมเดียวพร้อมเช่นนี้นักวิจัยจําเป็นต้องเปลี่ยนเป็นไอออนก่อน: อะตอมที่มีโปรตอนและอิเล็กตรอนจํานวนไม่เท่ากันทําให้มีประจุสุทธิบวกหรือลบ “เราสามารถดักจับอนุภาคที่มีประจุได้เท่านั้น” Nadlinger “ดังนั้นเราจึงนําอะตอมสตรอนเทียมที่เป็นกลางซึ่งมาจากเตาอบและส่องแสงเลเซอร์ไปที่พวกมันเพื่อเลือกถ่ายภาพไอออไนซ์พวกมัน ด้วยวิธีนี้เราสามารถสร้างไอออนเดี่ยวได้”
เมื่อวางไว้ในอุปกรณ์ดักจับไอออนอะตอมเดี่ยวจะถูกยึดเข้าที่โดยขั้วไฟฟ้ารูปใบมีดสี่อันเช่นเดียวกับที่เห็นด้านบนและด้านล่างจุดสตรอนเทียมในภาพของ Nadlinger (ขั้วไฟฟ้าเพิ่มเติมสองขั้วอยู่นอกมุมมอง) อิเล็กโทรดเหล่านี้สร้างกระแสที่ช่วยให้อะตอมจับจ้องอยู่ที่แกนแนวตั้ง กระบอกสูบรูปเข็มสองอันที่ด้านใดด้านหนึ่งของอะตอมจะติดอยู่ในแนวนอน
เมื่อกระแสจากขั้วไฟฟ้าเหล่านี้มีปฏิสัมพันธ์กันพวกมันจะสร้างสิ่งที่เรียกว่าศักย์อานหมุน “คุณสามารถดูวิดีโอออนไลน์ที่ผู้คนใช้อานม้าและหมุนมันและวางลูกบอลไว้ เนื่องจากการหมุนลูกบอลจึงอยู่ตรงกลางของอาน นั่นคือสิ่งที่ขั้วไฟฟ้าเหล่านี้ทําเพื่อจํากัดไอออน” Nadlinger กล่าว
เมื่ออะตอมถูกจํากัดไว้เลเซอร์จํานวนมากจะกระทบกับอะตอมซึ่งกระจายแสงไปทุกทิศทาง ในภาพของ Nadlinger คุณสามารถเห็นร่องรอยของเลเซอร์สีน้ําเงินทั่วทั้งพื้นหลัง การใช้ระบบนี้นักวิจัยสามารถดักจับสายของไอออนหลายร้อยไอออนระหว่างขั้วไฟฟ้าเล็ก ๆ น้อย ๆ ได้ส่งผลให้ภาพที่สวยงาม
”ในเว็บไซต์ของเราเรามีภาพไอออนเก้าตัวติดอยู่ในสตริง” Nadlinger “ในแง่ของวิทยาศาสตร์ นั่นน่าสนใจกว่าการมีพิกเซลสว่างเพียงพิกเซลเดียวที่ล้อมรอบด้วยกับดักไอออน แต่เพื่อแสดงให้เห็นถึงแนวคิดนี้มันอาจจะน่าสนใจกว่านี้”Nadlinger ไม่เชื่อว่าเขาเป็นนักวิจัยคนแรกที่ถ่ายภาพเช่นนี้ แต่เขาอาจประสบความสําเร็จมากที่สุดในการดึงดูดความสนใจของสาธารณชนด้วย บาคาร่า
