הזוכה בתחרות צילום מובילה בתחום מדעי הצילום משלב אטום יחיד

עד סוף התיכון, למרביתנו היה מושג מה זה אטום. הם הצורות הבסיסיות ביותר של האלמנטים על הטבלה המחזורית. הם כדורים זעירים שמבצעים תיאורטית את הכל ביקום, מן התאים בגופנו אל האוויר שאנו נושמים. ניתן לפצל אותם כדי ליצור פצצת אטום. לפעמים הם נמשכים כמו מערכות סולאריות של פרוטונים עגולים ואלקטרונים המקיפים את המסלול, אם כי זה לא ממש איך שהם נראים. כמו בכל כך הרבה מושגים במדע, הדבר המסובך על האטומים הוא שאנחנו לא יכולים באמת ראה אותם.

אבל התמונה הזוכה בתחרות צילום מדעית יוקרתית, שאורגנה על ידי המועצה להנדסה ומדעי הפיזיקה של ארה"ב (EPSRC), שינתה זאת. התמונה, שצולמה על ידי דוקטורנט הקוונטים של אוניברסיטת אוקספורד, דוד נאדלינגר, היא "אטום יחיד במלכודת יון". הכותרת מסבירה את עצמה: נדלינגר צילם תמונה של אטום יחיד במתקן שנקרא מלכודת יונים. המדענים הקרובים ביותר הגיעו לעשות את זה היה כאשר החוקרים Griffith אוניברסיטת צילם את צל של אטום בשנת 2012.

אבל הנה האטום של נדלינגר, בכל התהילה הזעירה שלו. ייתכן שיהיה עליך למצמץ.

התקרבות אל החלל שבין המלכודת מראה מראה קצת יותר טוב של האטום, אשר נדלינגר תיאר בהתייחסו למילותיו של קארל סאגאן על כוכב הלכת שלנו.

"הרעיון של יכולת לראות אטום יחיד בעין בלתי מזוינת נראה לי כגשר ישיר וישר בין העולם הקוונטי הזעיר לבין המציאות המקרוסקופית שלנו", אמר נדלינגר בהצהרה של ה- EPSRC. "החישוב האחורי של המעטפה הראה שהמספרים היו על צדי, וכשהתחלתי לצאת למעבדה עם מצלמה וחצובות ביום ראשון אחר צהריים שקט, זכיתי לתמונה המסוימת הזאת של נקודה כחולה קטנה, כחולה.

Ion מלכודות הם משפחה של מכשירים המשתמשים שדות מגנטיים וחשמליים כדי ללכוד חלקיקים טעונים בודדים (יונים הם רק אטומים שאין להם מספר יציב של אלקטרונים), אשר שימושיים פיסיקאים קוונטית לומד זמן מחשוב קוונטי. כדי למנוע את האטום מן התקרבות, מלכודת מעסיקה תא ואקום אולטרה גבוהה. נדלינגר צילם את התצלום הזה והצביע על המצלמה שלו דרך חלון החדר הזה, כשהוא לוכד את האטום שנלכד בחלל של שני מילימטרים בין שתי מחטים.

האטום בתמונה זו הוא יון טעון חיובי של סטרונציום; כאשר מספיק אלה יונים ברשת יחד, הם יוצרים את מה שאנחנו יודעים כמו סטרונציום מתכת כסופה. אבל מכיוון שאנחנו יכולים לראות רק דברים שמשקפים אור, נדלינגר האיר את האטום באמצעות לייזר סגול כחול מסוים, מה שגרם לאטום לספוג מחדש פולט אור מספיק צילום חשיפה ארוכה ללכוד.

התצלום של נדלינגר עשוי שלא להקל על תלמידי המדע להבין את המבנה הקוונטי של האטום, המחייב לשבור אותו לחלקים זעירים יותר, בלתי אפשריים לתצלום. אבל לפחות זה מספק את המוח שלנו נאבק עם משהו מוחשי לעבוד איתו.