Можно ли увидеть атом?
В 1911 году британский физик Эрнест Резерфорд провел ряд экспериментов, которые легли в основу нашего понимания строения атомов и радиоактивности. Дальнейшие открытия Резерфорда, Нильса Бора, Ханса Гейгера и Петра Капицы привели к созданию квантовой теории, несмотря на то, что увидеть атом (и тем более его ядро) не предоставлялось возможным.
Увидеть атом невероятно трудно даже с помощью мощнейших научных инструментов
Как увидеть невидимое?
Начиная с 1980-х годов, ученые отображали атомную структуру материала основываясь на математических расчетах и методах визуализации. Но все изменилось в 2009 году, когда физики из Харьковского физико-технического института не сфотографировали атом углерода и окружающие его электроны. (На изображении №1 можно увидеть подробные изображения электронного облака. Снимки опубликованы в журнале Physical Review B).
Изображение №1: первый снимок атома углерода сделан учеными из Харьковского физико-технического института в Харькове, Украина в 2009 году. Полученные ими изображения электронов одного атома подтверждают принципы квантовой механики. На изображениb можно увидеть углеродную цепочку атомов.
Следующим шагом в визуализации атомов стала работа ученых из Корнельского университета, которые установили мировой рекорд, утроив разрешение современного электронного микроскопа EMPAD и получили изображение кристалла ортоскандата празеодима (PrScO3), увеличенное в 100 миллионов раз (изображение №2).
Перед вами электронная птихографическая реконструкция кристалла ортоскандата празеодима (PrScO3), увеличенная в 100 миллионов раз.
Полученное в результате работы изображение стало возможным благодаря методу под название электронная птихография (ptychography) - сканирующая техника получения изображений объектов, крайне малых размеров, таких как электроны и рентгеновское излучение.
Как выглядит ядро атома?
Так как научно-технический прогресс не стоит на месте, в начале 2023 года исследователи из Брукхейвенской национальной лаборатории США опубликовали первое в истории изображение ядра атома в электрическом поле (изображение №3 и №4), получить которое удалось с помощью релятивистского коллайдера тяжелых ионов (RHIC) - ускорителя частиц, предназначенного для изучения столкновений между тяжелыми ионами (золота, медь, уран и др.)
Перед вами интригующее изображение атома, наиболее приближенное к тому, как они на самом деле выглядят. Снимок сделан с помощью ионного коллайдера RHIC, на котором ученые зарегистрировали траектории множества частиц, возникших в результате столкновения тяжелых ионов
И хотя субатомный мир по-прежнему остается загадкой для ученых, мы можем увидеть как выглядит реальность в самых малых масштабах. Чудеса науки, не иначе.
Еще больше интересных статей читайте в нашем журнале на Sponsr.ru! Вы также можете оформить подписку и поддержать независимую научно-популярную журналистику в России!