OVA FOTOGRAFIJA JE ZAUVEK PROMENILA SVET Ni autor nije mogao da veruje u šta gleda: “Nikad nisam video nešto tako izuzetno”

Pre osam godina, naučnik je postigao nešto neviđeno – uhvatio je sliku jednog atoma. Ovo zadivljujuće dostignuće imalo je veliki uticaj za nauku i donelo je glavnu nagradu na takmičenju u naučnoj fotografiji koje organizuje Savet za istraživanje u oblasti inženjerskih i fizičkih nauka (EPSRC) u Velikoj Britaniji.

Proučavanje atoma je posebno izazovno jer su oni veoma mali – prečnika od svega nekoliko desetina nanometra (nanometar je jednak milijarditom delu metra).

Fizičari manipulišu atomima koristeći elektromagnetna polja. Dugo vremena su istraživači mogli da proučavaju atome samo u grupama, što čini fotografiju jednog atoma stroncijuma koju je 7. avgusta 2017. napravio fizičar Dejvid Nadlinger sa Univerziteta u Oksfordu još izuzetnijom.

Šta su atomi?

Atomi se sastoje od jezgra, koje sadrži protone i neutrone, dok elektroni kruže oko njega. Protoni nose pozitivni naboj, elektroni su negativno naelektrisani, dok neutroni nemaju nikakav naboj.

Atomi se kategorizuju prema broju protona, što određuje njihov hemijski element. Postoji preko stotinu različitih hemijskih elemenata – od najjednostavnijeg vodonika do najsloženijeg oganesona. Ovi elementi mogu se kombinovati kako bi formirali molekule.

Suštinski, atomi su osnovni gradivni blokovi materije.

Sve što vidimo sastoji se od atoma – od vazduha koji udišemo do najvećih galaksija u univerzumu. Stoga je njihovo proučavanje od ključne važnosti.

Kako je uhvaćena slika atoma?

Atom je prvo ohlađen na ekstremno niskoj temperaturi pomoću lasera, a zatim je zadržan na mestu magnetnim poljima. Potom je upotrebljena posebna kamera – dizajnirana za snimanje pojedinačnih jona – kako bi se atom osvetlio jonskim snopom, čineći ga vidljivim.

Na slici se on pojavljuje kao sićušna, jarko plava tačka suspendovana u praznini između dve elektrode, piše “Glas almanah”.

Važno je napomenuti da je originalna fotografija snimljena u crno-beloj tehnici, a kasnije je obojena kako bi se poboljšala vidljivost atoma stroncijuma.

Sem toga, slika ne prikazuje direktno jezgro atoma. Elektroni koji se brzo kreću oko jezgra jedini su delovi koji mogu da stupe u interakciju sa svetlošću kako bi stvorili vidljivu sliku. Dakle, vidljiv je oblak elektrona oko jezgra, a ne samo jezgro:

Zašto stroncijum?

Naučnik je odabrao stroncijum iz nekoliko razloga.

• Prvo, to je relativno uobičajen element u prirodi, što ga čini praktičnim izborom za eksperimente iz oblasti kvantne fizike
• Pored toga, stroncijum je posebno pogodan za eksperimente hlađenja, koji su ključni za hvatanje jednog atoma. Hlađenje usporava kretanje atoma, omogućavajući da se on zadrži na mestu
• Konačno, stroncijum je fascinantan za istraživanja u kvantnoj fizici jer ima više izotopa, što znači da različiti oblici ovog elementa imaju različit broj neutrona. Ovo omogućava naučnicima da izvode uporedne eksperimente kako bi istražili kvantne osobine svakog izotopa

Kakav to ima uticaj na nauku?

Fotografija pojedinačnog atoma stroncijuma i slični eksperimenti imaju značajan uticaj na nauku, posebno u oblastima kvantne fizike i atomskih istraživanja.

Snimanje pojedinačnog atoma i njegovo proučavanje je korak napred u našem razumevanju kvantnog sveta, što može dovesti do mnogih naučnih i tehnoloških prodora u budućnosti.

Slika atoma je nakon objavljivanja osvojila nagradu EPSRC-a na takmičenju za naučnu fotografiju. Ovo priznanje je potpuno zasluženo jer fizičari već dugo traže načine za manipulaciju pojedinačnim atomima kako bi ih proučavali i koristili u aplikacijama kao što je kvantno računarstvo (vrsta računarstva zasnovana na principima kvantne mehanike koja može da obavlja kalkulacije mnogo brže od trenutnih, tradicionalnih računara).

Ova fotografija je tako dokazala da su takve manipulacije sada moguće.

Postala je “lice” kvantne fizike i podstakla entuzijazam za ovu posebno čudnu i kompleksnu oblast istraživanja. Od njenog objavljivanja, postignut je značajan napredak u manipulaciji i kontroli pojedinačnih atoma kroz sve preciznije eksperimente.

BONUS VIDEO