8 мая 2025 г., 06:15
Физики из Массачусетского технологического института (MIT) стали первыми, кто запечатлел изображения «свободно плавающих» атомов. Этот прорыв поможет учёным визуализировать квантовые явления в реальном пространстве и открыть новые горизонты для исследований в области физики.
Фотографии и связанные с ними исследования, опубликованные на этой неделе в научном журнале Physical Review Letters, основаны на новейших методах визуализации, позволяющих различать отдельные свободные атомы. Система «микроскопии с разрешением атомов» использует «сеть света, которая на короткое время замораживает атомы на месте», а затем с помощью точно настроенных лазеров быстро освещает подвесные атомы, создавая «изображение их позиций перед тем, как атомы естественным образом исчезают», объясняют в пресс-релизе MIT.
Учёные использовали новую технику для визуализации облаков различных типов атомов, включая известные как «бозоны», которые в результате квантового явления сгруппировались в волновую форму. Команда также наблюдала, как «фермионы» активно паруются в свободном пространстве.
«Нам удалось увидеть отдельные атомы в этих интересных облаках атомов и то, что они делают в отношении друг друга, что очень красиво», — говорит Мартин Цвирайн, профессор физики в MIT.
В это же издание научного журнала вошли результаты других групп, использующих схожие методы визуализации, включая команду под руководством лауреата Нобелевской премии Вольфганга Кеттерле из MIT и группу из школы Высшей нормальной школы в Париже под руководством Тарика Йефсаха.
Фотографировать один атом — это невероятно сложная задача, учитывая его крошечные размеры. Один атом имеет диаметр около десятой доли нанометра, то есть является миллионной частью толщины человеческого волоса.
Ранее учёные могли визуализировать атомы с помощью таких методов, как абсорбционная визуализация, при которой лазер освещает облако атомов, отбрасывая тени на изображающий сенсор. Однако эти методы показывают лишь общую структуру и форму облака атомов, а не отдельный атом.
“Это как видеть облако на небе, но не видеть отдельные молекулы воды, которые составляют облако”, — объясняет Цвирайн.
Теперь команда собирается использовать свою новую методику визуализации для наблюдения еще более экзотических явлений, таких как «квантовая физика Холла», ситуации, когда взаимодействующие электроны показывают коррелированные поведения в присутствии магнитного поля.
«Мы можем подтвердить, действительно ли эти иллюстрации состояний квантового холла реальны, потому что они довольно странные состояния», — надеется Цвирайн.
