Người chiến thắng trong cuộc thi ảnh khoa học hàng đầu chụp một nguyên tử

Vào cuối năm trung học, hầu hết chúng ta đều có ý tưởng về nguyên tử là gì. Họ là những dạng cơ bản nhất của các yếu tố trên bảng tuần hoàn. Chúng là những quả cầu nhỏ bé về mặt lý thuyết tạo nên mọi thứ trong vũ trụ, từ các tế bào trong cơ thể chúng ta đến không khí mà chúng ta hít thở. Chúng có thể được tách ra để tạo ra một quả bom nguyên tử. Đôi khi, chúng được vẽ giống như các hệ mặt trời của các proton tròn và các electron quay quanh, mặc dù dĩ nhiên, đó không thực sự trông như thế nào. Cũng như rất nhiều khái niệm trong khoa học, điều khó khăn về các nguyên tử là chúng ta có thể thực sự xem họ

Nhưng bức ảnh chiến thắng trong một cuộc thi nhiếp ảnh khoa học có uy tín trên toàn nước Mỹ do Hội đồng nghiên cứu khoa học vật lý và kỹ thuật (EPSRC) tổ chức đã thay đổi điều đó. Bức ảnh được chụp bởi nhà vật lý lượng tử David Nadlinger, tiến sĩ David Nadlinger, có tựa đề 'Nguyên tử đơn trong bẫy ion. Tiêu đề là tự giải thích: Nadlinger thực sự đã chụp được một bức ảnh của một nguyên tử trong một thiết bị gọi là bẫy ion. Các nhà khoa học gần nhất đã làm điều này là khi các nhà nghiên cứu của Đại học Griffith chụp ảnh bóng của một nguyên tử vào năm 2012.

Nhưng ở đây, nguyên tử của Nad Naderer, trong tất cả vinh quang rất nhỏ của nó. Bạn có thể phải nheo mắt.

Phóng to khoảng trống giữa cái bẫy cho thấy cái nhìn tốt hơn về nguyên tử, mà Nadlinger đã mô tả với một tham chiếu đến những từ vượt thời gian của Carl Sagan về hành tinh của chúng ta.

Ý tưởng về việc có thể nhìn thấy một nguyên tử duy nhất bằng mắt thường đã đánh tôi như một cây cầu trực tiếp và trực quan tuyệt vời giữa thế giới lượng tử rất nhỏ và thực tế vĩ mô của chúng ta, ông Nad Nader nói trong một tuyên bố của EPSRC. Một tính toán ngược sáng cho thấy các con số ở bên cạnh tôi và khi tôi lên đường đến phòng thí nghiệm với máy ảnh và chân máy vào một chiều chủ nhật yên tĩnh, tôi đã được thưởng cho bức ảnh đặc biệt này về một chấm nhỏ màu xanh nhạt.

Bẫy ion là một họ các thiết bị sử dụng từ trường và điện để bắt các hạt tích điện riêng lẻ (các ion chỉ là nguyên tử mà don sắt có số lượng electron ổn định), rất hữu ích cho các nhà vật lý lượng tử nghiên cứu thời gian và điện toán lượng tử. Để ngăn nguyên tử phóng to, bẫy sử dụng buồng chân không cực cao. Nadlinger chụp bức ảnh này bằng cách hướng máy ảnh của mình qua một cửa sổ của căn phòng này, chụp lại nguyên tử bị mắc kẹt trong không gian 2 milimét giữa hai cây kim.

Nguyên tử trong bức ảnh này là một ion tích điện dương của strontium; khi đủ các ion này kết nối với nhau, chúng tạo thành thứ mà chúng ta gọi là strontium kim loại bạc. Nhưng vì chúng ta chỉ có thể nhìn thấy những thứ phản chiếu ánh sáng, Nadlinger chiếu sáng nguyên tử bằng tia laser màu xanh tím đặc biệt, khiến nguyên tử hấp thụ và phát lại đủ ánh sáng để chụp ảnh phơi sáng lâu.

Bức ảnh Nadlinger sườn có thể không giúp sinh viên khoa học hiểu được cấu trúc lượng tử của nguyên tử dễ dàng hơn, đòi hỏi phải phá vỡ nó thành những phần thậm chí nhỏ hơn, không thể chụp ảnh. Nhưng ít nhất nó cung cấp cho bộ não đấu tranh của chúng ta một cái gì đó hữu hình để làm việc với.