Gelombang satu atom • Igor Ivanov • Gambar saintifik pada hari "Unsur" • Fizik

Cahaya satu atom

Gambar ini, yang memenangi persaingan gambar-gambar saintifik pertandingan EPSRC dan telah melangkaui media dunia, adalah hello sebenar dari dunia mikro ke dunia makroskopik, manusia. Perhatikan dengan teliti: di tengah-tengah pemasangan, dalam jurang antara kedua-dua elektrod, titik kecil bercahaya. Ini adalah satu atom, lebih tepatnya, ion, strontium. Tertangkap dalam perangkap ion Paul dan disinari dengan cahaya laser, ion menyerap foton laser, teruja, memancarkan semula mereka – dan akibatnya ia bersinar. Ternyata, cahaya pendarfluor ion yang berasingan ini tidak begitu lemah. Untuk menangkapnya, ia tidak semestinya diperlukan untuk menggunakan peranti super kompleks. David Nadlinger (David Nadlinger), seorang pelajar siswazah di Oxford University, memaparkan potongan cahaya microworld ini pada kamera SLR Canon 5D Mark II DSLR konvensional dengan lensa Canon EF 50mm f / 1.8.

Di sini adalah sesuai untuk membuat penjelasan teknikal yang sedikit. Malah dari sekolah, semua orang tahu bahawa objek terlalu kecil tidak dapat dilihat walaupun dalam mikroskop optik superstrong. Inilah batas difraksi yang dipanggil. Ia timbul kerana cahaya itu sendiri mempunyai panjang gelombang kira-kira setengah mikrometer, dan segala-galanya yang lebih kecil daripada saiz ini terkikis dengan tidak terkawal pada tumpuan mikroskop. Tetapi ambil perhatian: sekatan ini hanya berlaku bahagian beberapa objek bercahaya (atau diterangi oleh cahaya luaran) pada sumber cahaya yang berasingan. Batasan difraksi tidak menghalang kita melihat cahaya benda tunggal, tidak kira berapa kecilnya!

Sudah tentu, bagi saintis sendiri, foto ini tidak luar biasa. Fizik belajar untuk memanipulasi atom dan ion individu serta dekad negeri mereka yang lalu, dan penemu teknik percubaan bahkan menerima Hadiah Nobel mereka (lihat, separuh kedua Hadiah Nobel dalam Fizik 2012). Dalam kajian moden, ahli fizik juga berjaya menggantung walaupun rantai atom individu dalam vakum dan, seolah-olah dengan sihir, belokkan cahaya dan mematikannya.

Sebagai contoh, imej gabungan yang diperoleh baru-baru ini dalam makmal Maklumat Kuantum Terperangkap di Universiti Maryland menunjukkan rangkaian 53 individu ion yang menggantung dalam perangkap ion dan ditangkap pada masa yang berbeza. 53 ion ini bertindak sebagai simulator kuantum, dan setiap baris dalam imej ini adalah imej yang berasingan yang mencerminkan peringkat evolusi berikutnya.Tetapi jika untuk mendapatkan imej-imej ini, satu alatan khusus fizik atom moden digunakan, maka gambar asal adalah gambar "amatur", ini adalah celah di dunia microworld yang tersedia untuk setiap daripada kita, dan ini adalah persis bagaimana ia mempesonakan.

Evolusi rantai 53 individu ion tergantung di perangkap ion. Imej dari iontrap.umd.edu

Demi keadilan, harus dikatakan bahawa, untuk semua daya tarik visualnya, ini masih bukan contoh pertama apabila seseorang melihat cahaya dari zarah-zarah individu dari mikroworld. Pada tahun 1960-an, apabila ahli fizik membangunkan pelaku pertama, mereka secara individu berlari elektron ke dalam cincin penyimpanan dan melalui tingkap pemerhatian dengan mata kasar (!) Melihat sinarrotron cahaya cahaya dari sebilangan kecil elektron. Angka di bawah menunjukkan pembacaan sensor foto yang memantau sinarrotron di cincin penyimpanan AdA Itali semasa dilancarkan pada Februari 1961. Langkah-langkah pada graf ini hanyalah elektron individu yang telah diterbangkan ke dalam cincin pemecut dan dilepaskan. Difahamkan bahawa elektron individu bersinar dengan cukup yakin.

Petunjuk sensor foto yang mencatatkan radiasi sinarrotron dalam collider AdA.Gambar dari artikel Carlo Bernardini, 2004. AdA: Collider Pertama Elektron-Positron Pertama

Dengan cara ini, cahaya elektron individu mungkin dalam masa terdekat menjadi asas kepada kaedah terobosan untuk mengukur massa zarah ultralight lain, neutrino. Tiga tahun yang lalu kami menulis tentang langkah-langkah pertama Projek percubaan baru 8, di mana ia diperhatikan bukan optik tetapi pelepasan radio dari satu elektron bukan relativistik dalam medan magnet luar. Jadi cahaya dari zarah individu mikroworld bukan hanya cantik, tetapi juga alat penyelidikan yang sangat berguna.

Foto © David Nadlinger dari epsrc.ac.uk.

Igor Ivanov


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: