În urmă cu opt ani, un om de știință a reușit să facă ceea ce nimeni altcineva nu reușise până atunci: să fotografieze un singur atom. Această imagine uluitoare a câștigat Marele Premiu pentru Fotografie Științifică organizat de Engineering and Physical Sciences Research Council (UK). Ce impact a avut această descoperire asupra științei?
Atomii sunt compuși dintr-un nucleu, format din protoni și neutroni, și din electroni care se rotesc în jurul nucleului. Reamintim că protonii au o sarcină pozitivă, electronii au o sarcină negativă, iar neutronii nu au nicio sarcină. Acești atomi sunt clasificați în funcție de numărul lor de protoni, care determină elementul lor chimic. Există peste o sută de elemente chimice diferite, de la hidrogen, cel mai simplu, la oganesson, cel mai complex. Aceste elemente se pot combina apoi pentru a forma molecule. Cu alte cuvinte, atomii sunt unitățile de bază ale materiei. Ei alcătuiesc tot ceea ce putem vedea, de la aerul pe care îl respirăm la cele mai mari galaxii din univers. Prin urmare, studiul lor este esențial. Totuși, această activitate este deosebit de delicată, deoarece atomii sunt incredibil de mici, având doar câteva zecimi de nanometru în diametru (un nanometru este echivalent cu o miliardime de metru). Fizicienii folosesc câmpuri electromagnetice pentru a-i manipula. Cu toate acestea, multă vreme cercetătorii le-au analizat „la pachet”, de unde și interesul acestei fotografii incredibile a fizicianului David Nadlinger, realizată în cadrul cercetărilor sale în domeniul fizicii cuantice la Universitatea Oxford. Fotografia prezintă un singur atom de stronțiu.
Pentru a realiza această fotografie, atomul a fost mai întâi răcit la o temperatură foarte scăzută cu ajutorul unui laser, apoi prins de câmpuri magnetice care l-au ținut în loc. O cameră cu un singur ion a fost apoi utilizată pentru a ilumina atomul cu un fascicul de ioni, făcându-l vizibil. În fotografie, acesta apare ca un mic punct albastru strălucitor suspendat în vid între doi electrozi. Observați că fotografia a fost făcută în alb-negru. Ea a fost apoi colorată pentru a evidenția mai bine atomul de stronțiu. Fotografia nu arată direct nucleul atomului. Acest lucru se datorează faptului că electronii, care se află în mișcare rapidă în jurul nucleului, sunt singurii care pot interacționa cu lumina pentru a crea o imagine observabilă. Prin urmare, norul de electroni din jurul nucleului este cel care este vizibil în fotografie, nu nucleul în sine.
Fizicianul a ales stronțiul din mai multe motive. În primul rând, este un element relativ comun în natură, ceea ce îl face o alegere practică pentru experimentele de fizică cuantică. În al doilea rând, stronțiul este un element care se pretează bine la experimentele de răcire, necesare pentru a prinde un singur atom. Răcirea încetinește mișcările atomului și îl menține în poziție. În cele din urmă, stronțiul este un element interesant pentru cercetarea fizicii cuantice deoarece are mai mulți izotopi, adică forme diferite ale elementului cu un număr diferit de neutroni. Acest lucru permite fizicienilor să efectueze experimente comparative pentru a studia proprietățile cuantice ale fiecărei configurații.
După ce a fost publicată, această fotografie a câștigat concursul de fotografie științifică organizat de EPSRC, un premiu bine meritat. Fizicienii caută de mult timp modalități de manipulare a atomilor individuali pentru a-i studia și a-i utiliza în aplicații precum calculul cuantic (o formă de calcul bazată pe principiile mecanicii cuantice, care permite efectuarea calculelor mult mai rapid decât calculatoarele convenționale actuale). Prin urmare, fotografia a fost dovada că astfel de manipulări sunt acum posibile. De asemenea, fotografia a fost lăudată pentru capacitatea sa incredibilă de a surprinde frumusețea științei și de a „da un chip” fizicii cuantice. De atunci, fotografia a devenit celebră în întreaga lume și a generat entuziasm pentru acest domeniu de studiu deosebit de ciudat și complicat. De atunci, au fost realizate progrese majore în manipularea și controlul atomilor individuali prin experimente din ce în ce mai precise.
Fotografia realizată de David Nadlinger a acestui atom de stronțiu reprezintă un progres remarcabil în domeniul fizicii cuantice. Această realizare tehnică a demonstrat capacitatea oamenilor de știință de a manipula și observa atomi individuali, deschizând noi perspective pentru o cercetare și mai precisă. Oferind o mai bună înțelegere a proprietăților cuantice, această realizare are implicații semnificative pentru dezvoltarea unor tehnologii inovatoare precum calculul cuantic. Această imagine nu este doar o dovadă a ingeniozității științifice, ci întruchipează și frumusețea științei și capacitatea acesteia de a face invizibilul tangibil. Recunoașterea acestei fotografii de către EPSRC a evidențiat importanța cercetării fundamentale și potențialul acesteia de a transforma viziunea noastră asupra realității. Prin captarea imaginației publicului și a oamenilor de știință din întreaga lume, această fotografie a consolidat interesul și entuziasmul pentru explorarea misterelor cuantice. Prin astfel de descoperiri, continuăm să depășim frontierele înțelegerii noastre, deschizând calea pentru inovații viitoare care ar putea revoluționa lumea noastră.
Poll: Care este impactul acestei fotografii prize cu un singur atom de stronțiu asupra științei?
Revista “Ştiinţă şi Tehnică“, cea mai cunoscută şi longevivă publicaţie de popularizare a ştiintelor din România
Leave a Reply