Winnaar van Top Science Photo Competition vangt een enkel atoom

Tegen het einde van de middelbare school hadden de meesten van ons enig idee van wat een atoom is. Het zijn de meest elementaire vormen van de elementen op het periodiek systeem. Het zijn minuscule bollen die theoretisch alles in het universum vormen, van de cellen in ons lichaam tot de lucht die we inademen. Ze kunnen worden gesplitst om een ​​atoombom te maken. Soms worden ze getekend als zonnestelsels van ronde protonen en in een baan om elektronen, hoewel dat natuurlijk niet is hoe ze eruitzien. Zoals met zoveel concepten in de wetenschap, is het lastige van atomen dat we het niet echt kunnen zien hen.

Maar de winnende foto in een prestigieuze, U.K.-brede wetenschappelijke fotografie-wedstrijd georganiseerd door de National Science and Physical Sciences Research Council (EPSRC), heeft daar verandering in gebracht. De foto, gemaakt door de universiteit van Oxford, kwantumfysicus David Nadlinger, heeft als titel 'Single Atom in a Ion Trap'. De titel spreekt voor zich: Nadlinger nam letterlijk een foto van een enkel atoom in een apparaat dat een ionenval heet.. De dichtste wetenschappers zijn dit gaan doen toen onderzoekers van de Universiteit van Griffith de schaduw van een atoom in 2012.

Maar hier is het atoom van Nadlinger, in al zijn minuscule glorie. Misschien moet je squaten.

Het inzoomen op de ruimte tussen de valstrik toont een iets beter zicht op het atoom, dat Nadlinger beschreef met een verwijzing naar de tijdloze woorden van Carl Sagan over onze planeet.

"Het idee om één enkel atoom met het blote oog te kunnen zien, had me getroffen als een wonderlijk directe en viscerale brug tussen de minuscule kwantumwereld en onze macroscopische realiteit," zei Nadlinger in een verklaring van EPSRC. "Een back-van-de-envelop berekening liet de cijfers zien aan mijn kant, en toen ik op een stille zondagmiddag naar het laboratorium ging met camera en statieven werd ik beloond met deze bijzondere foto van een kleine, lichtblauwe stip.”

Ionenvallen zijn een familie van apparaten die magnetische en elektrische velden gebruiken om individuele geladen deeltjes te vangen (ionen zijn slechts atomen die geen stabiel aantal elektronen hebben), die nuttig zijn voor kwantumfysici die tijd en quantum computing bestuderen. Om te voorkomen dat het atoom uitzoomt, maakt de val gebruik van een ultrahoge vacuümkamer.Nadlinger nam deze foto door zijn camera door een raam van deze kamer te richten, waarbij hij het atoom vastlegde dat gevangen zat in de ruimte van 2 millimeter tussen twee naalden.

Het atoom in deze foto is een positief geladen ion van strontium; wanneer genoeg van deze ionen samen netwerken, vormen ze wat we kennen als het zilverachtige metaalstrontium. Maar omdat we alleen dingen kunnen zien die licht reflecteren, verlichtte Nadlinger het atoom met een specifieke blauwviolette laser, waardoor het atoom absorbeerde en opnieuw voldoende licht uitstraalde om een ​​foto met een lange belichtingstijd vast te leggen.

De foto van Nadlinger maakt het voor studenten van de wetenschap misschien niet eenvoudiger om de kwantumstructuur van het atoom te begrijpen, waardoor het moet worden afgebroken tot nog kleinere, onmogelijk te fotograferen delen. Maar in ieder geval biedt het onze worstelende hersenen iets tastbaars om mee te werken.