Для того, что бы получить снимок молекулы или атома необходимо постараться очень и очень сильно. Для этого требуются источники стабильного света, специальные микроскопы и чрезвычайно низкие температуры. Но, что может потребоваться для того, что бы получить снимок тени, отбрасываемой одним единственным атомом? Учитывая то, что размеры атома во много раз меньше длины волны света, логично предположить, что атом не будет отбрасывать никакой тени вообще. Несмотря на это исследователям из университета Гриффита в Австралии, используя высокоточный лазер и специальный фоточувствительный элемент, удалось получить снимок силуэта, т.е. тени, отбрасываемой одним единственным атомом иттербия.

Профессор Дэйв Киельпинский (Dave Kielpinski) из Центра квантовой динамики университета Гриффита объясняет научное значение данного достижения: "Мы достигли крайних пределов возможностей микроскопии. Если мы освещаем атом вещества светом, длина волны которого намного превосходит размеры этого атома, то мы не сможем увидеть вообще его изображение. Но, подбирая частоту световых колебаний, в некоторых случаях удается сделать то, что атом начинает отбрасывать тень, которую можно увидеть и зафиксировать на снимке".

Для того, что бы заставить атом отбрасывать тень, ученые подвесили в вакууме с помощью электрического поля единственный атом иттербия. Затем на этот атом был нацелен луч высокостабильного лазера с регулируемой длиной волны излучения. Большинство света с различной длиной волны прошло мимо атома, совершенно с ним не взаимодействуя, но ученым удалось подобрать такую длину волны света, когда он, свет, интенсивно поглощался атомом. Это привело к тому, что атом стал отбрасывать тень, которая была запечатлена с помощью специализированного светочувствительного датчика.



Почему ученые выбрали именно атом иттербия? Профессор Киельпинский объясняет: "Атомы вещества способны интенсивно поглощать свет одной или нескольких определенных длин волн. Поэтому, используя "правильную" длину волны лазерного света, можно заставить отбрасывать тень атом практически любого вещества. Но лазеры, работающие в определенных диапазонах световых волн, невероятно громоздки и дорогостоящи, а лазер, который позволяет экспериментировать с атомами иттербия, относительно прост и недорог".

Выдержка, при котором снималась эта "экспозиция", составляет порядка одной секунды, и любой физик, работающий в области элементарных частиц, скажет, что задача удержания и обеспечения неподвижности одного единственного атома в течение столь длительного промежутка времени, в то время как он освещается светом лазера, с точки зрения реализации является невероятно сложной задачей. Но ученые считают, что используя некоторые новшества, им удастся снизить время съемки до одной пятой части секунды, что позволит получить более высококачественные снимки.

На снимке четко видно концентрические кольца вокруг центральной точки тени. Это не изображения орбиталей электронов, это нормальные побочные эффекты явления интерференции, возникающей при распространении света вокруг крошечных объектов.

Эрик Стрид (Erik Streed), еще один член руководящего звена исследовательской группы, поясняет, что данное достижение может быть использовано в реализации квантовых вычислений и для биомикроскопии: "Теперь мы можем точно сказать сколько необходимо света с определенной длиной волны, что бы качественно наблюдать процессы, происходящие внутри живых клеток, не превышая порога, за которым следует разрушение самой клетки".