Электрон үүлийг барьж буй устөрөгчийн атом. Хэдийгээр орчин үеийн физикчид хурдасгуур ашиглан протоны хэлбэрийг тодорхойлж чаддаг ч устөрөгчийн атом нь хамгийн жижиг объект хэвээр байх бөгөөд түүний зургийг гэрэл зураг гэж нэрлэх нь зүйтэй юм. Lenta.ru тоймыг толилуулж байна орчин үеийн аргуудбичил ертөнцийн гэрэл зураг.
Хатуухан хэлэхэд энэ өдрүүдэд энгийн гэрэл зураг бараг үлдсэнгүй. Бидний зуршилд гэрэл зураг гэж нэрлэдэг бөгөөд жишээлбэл, Lenta.ru-ийн аль ч гэрэл зургийн тайлангаас олж болох зургууд нь үнэндээ юм. компьютерийн загварууд. Тусгай төхөөрөмж дэх гэрэл мэдрэмтгий матриц (уламжлал ёсоор үүнийг "камер" гэж нэрлэдэг) хэд хэдэн спектрийн муж дахь гэрлийн эрчмийг орон зайн хуваарилалтыг тодорхойлдог бөгөөд хяналтын электроникууд энэ өгөгдлийг дижитал хэлбэрээр хадгалдаг бөгөөд дараа нь өөр электрон хэлхээЭнэ өгөгдөл дээр үндэслэн шингэн болор дэлгэц дээрх транзисторуудад тушаал өгдөг. Кино, цаас, тэдгээрийг боловсруулах тусгай шийдэл - энэ бүхэн чамин болсон. Хэрэв бид энэ үгийн шууд утгыг санаж байвал гэрэл зураг бол "хөнгөн зураг" юм. Тэгэхээр эрдэмтэд чадсан гэж юу хэлэх вэ гэрэл зураг авахатом нь зөвхөн тодорхой хэмжээний конвенцоор л боломжтой юм.
Бүх одон орны зургийн талаас илүү хувь нь хэт улаан туяа, хэт ягаан туяа, рентген дурангаар хийгдсэн байдаг. Электрон микроскоп нь гэрлээр биш харин электрон туяагаар цацруулдаг бол атомын хүчний микроскоп нь дээжийн рельефийг зүүгээр ч шалгадаг. Рентген микроскоп, соронзон резонансын томографууд байдаг. Эдгээр бүх төхөөрөмжүүд бидэнд үнэн зөв дүрсийг өгдөг янз бүрийн объектуудМэдээжийн хэрэг, "хөнгөн зураг" -ын талаар ярих шаардлагагүй ч бид ийм зургуудыг гэрэл зураг гэж нэрлэхийг зөвшөөрөх болно.
Протоны хэлбэр эсвэл бөөмс доторх кваркуудын тархалтыг тодорхойлох физикчдийн туршилтууд хөшигний ард үлдэх болно; бидний түүх атомын цар хүрээгээр хязгаарлагдах болно.
Оптик хэзээ ч хуучирдаггүй
20-р зууны хоёрдугаар хагаст оптик микроскопыг сайжруулах боломж байсаар байна. Биологийн хувьд шийдвэрлэх мөч ба эмнэлгийн судалгаань флюресцент будагч бодисууд болон сонгомол шошгололтыг зөвшөөрдөг аргууд бий болсон явдал байв тодорхой бодисууд. Энэ бол "зөвхөн шинэ будаг" биш, жинхэнэ хувьсгал байсан юм.
Түгээмэл итгэл үнэмшлээс ялгаатай нь флюресцент нь харанхуйд гэрэлтдэггүй (сүүлийнх нь гэрэлтэлт гэж нэрлэгддэг). Энэ бол тодорхой энергийн квантуудыг (цэнхэр гэрэл гэх мэт) шингээх үзэгдэл бөгөөд дараа нь бага энергитэй бусад квантууд ялгарч, үүний дагуу бусад гэрэл (цэнхэр шингээх үед ногоонууд ялгарах болно). Хэрэв та зөвхөн будагч бодисоос ялгарах квантыг дамжуулж, флюресценц үүсгэдэг гэрлийг хаадаг гэрлийн шүүлтүүр суурилуулсан бол будгийн тод толбо бүхий бараан дэвсгэрийг харж, будагч бодисууд нь дээжийг маш сонгомол өнгөөр будаж чаддаг.
Жишээлбэл, та эсийн араг ясыг будаж болно мэдрэлийн эсулаан, синапсуудыг ногооноор тодруулсан, цөмийг цэнхэр өнгөөр тодруулсан. Та тодорхой нөхцөлд эсийн нийлэгжүүлсэн мембран эсвэл молекул дээрх уургийн рецепторыг илрүүлэх боломжийг олгодог флюресцент шошго хийж болно. Иммуногистохимийн будах арга нь хувьсгал хийсэн биологийн шинжлэх ухаан. Тэгээд хэзээ генетикийн инженерүүдФлюресцент уураг бүхий трансген амьтдыг хийж сурсан энэ арга нь дахин төрөлтийг мэдэрсэн: жишээлбэл, өнгөт хулгана өөр өөр өнгөмэдрэлийн эсүүд.
Нэмж дурдахад инженерүүд төвлөрсөн микроскоп гэж нэрлэгддэг аргыг гаргаж ирсэн (мөн дадлага хийсэн). Үүний мөн чанар нь микроскоп маш их анхаарал хандуулдагт оршдог нимгэн давхарга, мөн тусгай диафрагм нь энэ давхаргын гаднах объектуудаас үүссэн гэрлийг таслана. Ийм микроскоп нь дээжийг дээрээс доош нь дараалан сканнердаж, гурван хэмжээст загвар гаргахад бэлэн суурь болох зургийн стекийг олж авах боломжтой.
Лазер ба нарийн төвөгтэй оптик цацрагийн хяналтын системийг ашиглах нь будгийн шаталт, биологийн нарийн дээжийг хатаах асуудлыг шийдвэрлэх боломжтой болсон. тод гэрэл: Лазер туяа нь зөвхөн зураг авахад шаардлагатай үед л дээжийг сканнердана. Нарийн хараатай нүдний шилээр том сорьцыг шалгахад цаг хугацаа, хүчин чармайлт гаргахгүйн тулд инженерүүд санал болгов. автомат системсканнердах: та орчин үеийн микроскопын тайзан дээр дээж бүхий шил тавьж болно, төхөөрөмж нь бие даан бүх дээжийн том хэмжээний панорама авах болно. Үүний зэрэгцээ энэ нь зөв газруудад анхаарлаа төвлөрүүлж, дараа нь олон хүрээг хооронд нь оёх болно.
Зарим микроскопууд нь амьд хулгана, харх, эсвэл ядаж жижиг сээр нуруугүй амьтдыг агуулж болно. Бусад нь бага зэрэг томруулдаг боловч рентген аппараттай хослуулдаг. Чичиргээнээс үүсэх хөндлөнгийн оролцоог арилгахын тулд олонх нь нарийн хяналттай бичил уур амьсгалтай өрөөнд хэдэн тонн жинтэй тусгай ширээн дээр суурилуулсан байдаг. Ийм системийн өртөг нь бусад электрон микроскопуудын өртөгөөс давж, хамгийн их өрсөлдөөнөөс гардаг сайхан хүрээуламжлал болоод удаж байна. Нэмж дурдахад, оптикийн сайжруулалт үргэлжилж байна: шилний хамгийн сайн төрлийг хайж олох, линзний оновчтой хослолыг сонгохоос эхлээд инженерүүд гэрэлд анхаарлаа төвлөрүүлэх арга руу шилжсэн.
Энэ талбарт ахиц дэвшлийг харуулахын тулд бид хэд хэдэн техникийн нарийн ширийн зүйлийг тусгайлан жагсаасан болно биологийн судалгаабусад салбар дахь ахиц дэвшилтэй удаан хугацааны туршид холбоотой байдаг. Хэдэн зуун гэрэл зургийн будсан эсийн тоог автоматаар тоолох компьютер байхгүй байсан бол супермикроскоп төдийлөн ашиггүй байх байсан. Мөн флюресцент будагч бодисгүйгээр бүх сая эсүүд бие биенээсээ ялгагдахааргүй тул шинэ эс үүсэх эсвэл хуучин эсийн үхлийг хянах бараг боломжгүй юм.
Үнэн хэрэгтээ анхны микроскоп нь бөмбөрцөг хэлбэртэй линзтэй хавчаар юм. Ийм микроскопын аналог нь нүхтэй, дусал устай энгийн тоглоомын карт байж болно. Зарим мэдээллээр ижил төстэй төхөөрөмжийг өнгөрсөн зуунд Колыма дахь алт олборлогчид ашиглаж байжээ.
Дифракцийн хязгаараас давсан
Оптик микроскоп нь үндсэн сул талтай. Баримт нь гэрлийн долгионы хэлбэрийг ашиглан долгионы уртаас хамаагүй богино болсон объектын хэлбэрийг сэргээх боломжгүй юм: ижил амжилттайгаар та материалын нарийн бүтцийг гараараа шалгаж үзэхийг оролдож болно. зузаан гагнуурын бээлий.
Дифракцийн улмаас үүссэн хязгаарлалтыг физикийн хуулийг зөрчихгүйгээр хэсэгчлэн даван туулсан. Хоёр нөхцөл байдал нь оптик микроскопыг дифракцийн сааданд шумбахад тусалдаг: флюресценцийн үед бие биенээсээ хол зайд орших будгийн молекулууд квант ялгаруулдаг, мөн гэрлийн долгионы суперпозициас болж үүнийг хийх боломжтой байдаг. долгионы уртаас бага диаметртэй тод толбыг олж авна.
Бие биедээ давхарласан үед гэрлийн долгионбие биенээ харилцан хүчингүй болгох чадвартай тул дээжийн гэрэлтүүлгийн параметрүүдийг хамгийн бага талбайг гэрэлтэй хэсэгт оруулахаар тохируулах хэрэгтэй. -тай хослуулан математикийн алгоритмууд, жишээлбэл, зургийн хий үзэгдэлийг арилгах боломжийг олгодог ийм чиглэлтэй гэрэлтүүлэг нь зураг авалтын чанарыг эрс нэмэгдүүлдэг. Жишээлбэл, оптик микроскоп ашиглан эсийн доторх бүтцийг судлах, тэр ч байтугай (тайлбарласан аргыг конфокаль микроскоптой хослуулах замаар) тэдгээрийн гурван хэмжээст дүрсийг авах боломжтой болно.
Электрон микроскопоос электрон багаж хэрэгсэлд
Атом ба молекулуудыг нээхийн тулд эрдэмтэд тэдгээрийг харах шаардлагагүй байв. молекулын онолобъектыг харах шаардлагагүй байсан. Гэхдээ микроскопыг зохион бүтээсний дараа л микробиологи боломжтой болсон. Тиймээс эхлээд микроскопууд нь анагаах ухаан, биологитой холбоотой байв: харьцангуй жижиг объектуудыг судалдаг физикч, химич нар бусад хэрэгслээр хангадаг байв. Тэд бичил ертөнцийг харахыг хүсэх үед дифракцийн хязгаарлалт нь ноцтой асуудал болсон, ялангуяа дээр дурдсан аргуудаас хойш. флюресцент микроскоподоог хүртэл тодорхойгүй байсан. Шалгах шаардлагатай объект нь бүр жижиг бол нарийвчлалыг 500-аас 100 нанометр болгон нэмэгдүүлэх нь утгагүй юм!
Германы физикчид электронууд долгион болон бөөмсийн аль алинд нь ажиллах чадвартайг мэдээд 1926 онд электрон линз бүтээжээ. Үүний цаад санаа нь ямар ч сургуулийн сурагчдад маш энгийн бөгөөд ойлгомжтой байсан: цахилгаан соронзон орон нь электронуудыг хазайдаг тул эдгээр бөөмсийн цацрагийн хэлбэрийг өөрчлөхөд ашиглаж болно. өөр өөр талууд, эсвэл эсрэгээр, цацрагийн диаметрийг багасгах. Таван жилийн дараа буюу 1931 онд Эрнст Руска, Макс Нолл нар дэлхийн анхны электрон микроскопыг бүтээжээ. Төхөөрөмжид дээжийг эхлээд электрон туяагаар гэрэлтүүлж, дараа нь электрон линз нь тусгай гэрэлтэгч дэлгэц дээр унахаас өмнө дамжин өнгөрдөг туяаг өргөжүүлсэн. Анхны микроскоп нь ердөө 400 дахин томруулсан боловч гэрлийг электроноор сольсноор хэдэн зуун мянган дахин томруулсан гэрэл зураг авах замыг нээсэн: зохион бүтээгчид хэдхэн техникийн саад бэрхшээлийг даван туулах хэрэгтэй болсон.
Электрон микроскоп нь эсийн бүтцийг урьд өмнө нь боломжгүй байсан чанарыг судлах боломжийг олгосон. Гэхдээ энэ зурагнаас эсийн нас, тэдгээрийн дотор тодорхой уураг байгаа эсэхийг ойлгох боломжгүй бөгөөд энэ мэдээлэл нь эрдэмтдэд маш хэрэгтэй юм.
Одоо электрон микроскоп нь вирусын зургийг авах боломжийг олгодог нарийн үзлэг. Нимгэн хэсгүүдийг гэрэлтүүлээд зогсохгүй тэдгээрийг "туссан гэрэл" -д (мэдээж туссан электронуудад) шалгах боломжийг олгодог төхөөрөмжүүдийн янз бүрийн өөрчлөлтүүд байдаг. Бид микроскопын бүх хувилбаруудын талаар дэлгэрэнгүй ярихгүй, гэхдээ саяхан судлаачид дифракцийн загвараас дүрсийг сэргээж сурсан гэдгийг бид тэмдэглэж байна.
Харах биш хүрэх
"Гэрээд хар" гэсэн зарчмаас цааш ухарснаар өөр нэг хувьсгал гарсан. Атомын хүчний микроскоп, түүнчлэн сканнердах хонгилын микроскоп, дээжийн гадаргуу дээр юу ч гэрэлтүүлэхээ больсон. Үүний оронд маш нимгэн зүү гадаргуу дээгүүр хөдөлдөг бөгөөд энэ нь бие даасан атомын хэмжээтэй тэгш бус байдал дээр ч үсэрч байдаг.
Ийм бүх аргуудын талаар дэлгэрэнгүй ярихгүйгээр бид гол зүйлийг тэмдэглэж байна: хонгилын микроскопын зүү нь зөвхөн гадаргуугийн дагуу хөдөлж зогсохгүй атомуудыг нэг газраас нөгөө рүү шилжүүлэхэд ашиглаж болно. Эрдэмтэд ингэж зурсан хүү атомаар тоглодог бичээс, зураг, хүүхэлдэйн киног хүртэл бүтээдэг. Жинхэнэ ксенон атомыг сканнердах хонгилын микроскопын үзүүрээр чирсэн.
Туннелийн микроскоп нь зүүгээр урсаж буй туннелийн гүйдлийн нөлөөг ашигладаг тул микроскоп гэж нэрлэгддэг: электронууд урьдчилан таамаглаж буй хүчин зүйлийн улмаас зүү ба гадаргуугийн хоорондох цоорхойгоор дамждаг. квант механик туннелийн нөлөө. Энэ төхөөрөмжийг ажиллуулахын тулд вакуум шаардлагатай.
Атомын хүчний микроскоп (AFM) нь хүрээлэн буй орчны нөхцөлд хамаагүй бага шаарддаг - энэ нь (хэд хэдэн хязгаарлалттай) агаар шахахгүйгээр ажиллах боломжтой. Тодорхой утгаараа AFM бол граммофоны нано технологийн залгамжлагч юм. Нимгэн, уян хатан консол хаалтанд зүү ( консолмөн "хаалт" байдаг) гадаргуу дээр хүчдэл өгөхгүйгээр хөдөлж, граммофоны зүү нь граммофон бичлэгийн ховилыг дагаж мөрддөгтэй адил дээжийн рельефийг дагадаг. Консолын гулзайлтын улмаас түүн дээр суурилуулсан толин тусгал нь лазерын цацрагийг хазайлгахад хүргэдэг бөгөөд энэ нь судалж буй дээжийн хэлбэрийг маш нарийн тодорхойлох боломжийг олгодог. Хамгийн гол нь зүүг хөдөлгөх нэлээд нарийвчлалтай систем, мөн төгс хурц байх ёстой зүү нийлүүлэх явдал юм. Ийм зүүний үзүүр дэх муруйлтын радиус нь нэг нанометрээс хэтрэхгүй байж болно.
AFM нь танд харах боломжийг олгодог бие даасан атомуудба молекулууд нь хонгилын микроскоп шиг дээжийн гадаргууг харах боломжийг олгодоггүй. Өөрөөр хэлбэл, эрдэмтэд атомыг харж чадах уу, объектыг бүхэлд нь судалж чадах уу гэдгээ сонгох ёстой. Гэсэн хэдий ч оптик микроскопуудын хувьд ч гэсэн судалж буй дээжийн дотор талыг олж харах боломжгүй байдаг, учир нь ашигт малтмал эсвэл металл ихэвчлэн гэрлийг сайн дамжуулдаггүй. Нэмж дурдахад атомын гэрэл зургийг авахад бэрхшээлтэй хэвээр байна - эдгээр объектууд нь энгийн бөмбөлөг мэт харагддаг, электрон үүлний хэлбэр ийм зураг дээр харагдахгүй байна.
Хурдасгуураар хурдассан цэнэглэгдсэн бөөмсийг удаашруулах үед үүсдэг синхротрон цацраг нь балар эртний амьтдын чулуужсан үлдэгдлийг судлах боломжийг олгодог. Дээжийг доор эргүүлэх рентген туяа, бид гурван хэмжээст томограммыг олж авах боломжтой - жишээлбэл, 300 сая жилийн өмнө устаж үгүй болсон загасны гавлын ясны дотор тархи ийм байдлаар олдсон. Дифракцийн улмаас тархсан рентген туяаг бүртгэх замаар дамжуулсан цацрагийг бүртгэх тохиолдолд эргэлтгүйгээр хийх боломжтой.
Мөн энэ нь нээгдэж буй бүх боломж биш юм рентген туяа. Түүнтэй цацраг туяагаар олон материал флюресцент үүсгэдэг бөгөөд флюресценцийн шинж чанараар нь тодорхойлж болно. химийн найрлагабодисууд: Ийм байдлаар эрдэмтэд эртний олдворууд, Дундад зууны үед устгагдсан Архимедийн бүтээлүүдийг өнгөөр будаж, эсвэл удаан хугацаанд устаж үгүй болсон шувуудын өдийг буддаг.
Атомын байрлал
Рентген туяа эсвэл оптик флюресценцийн аргуудын өгдөг бүх боломжуудын арын дэвсгэр дээр, шинэ замАтомын бие даасан гэрэл зургийг авах нь шинжлэх ухаанд тийм том нээлт байхаа больсон. Энэ долоо хоногт танилцуулсан зургуудыг авах боломжтой болсон аргын мөн чанар нь дараах байдалтай байна: электронуудыг ионжуулсан атомуудаас салгаж, тусгай детектор руу илгээдэг. Ионжуулалтын үйлдэл бүр нь тодорхой байрлалаас электроныг зайлуулж, "гэрэл зураг" дээр нэг цэгийг өгдөг. Хэдэн мянган ийм цэгүүдийг цуглуулсны дараа эрдэмтэд атомын цөмийн эргэн тойронд электрон илрүүлэх хамгийн боломжит байршлыг харуулсан зургийг бүтээсэн бөгөөд энэ нь тодорхойлсноор электрон үүл юм.
Дүгнэж хэлэхэд, атомуудыг электрон үүлээрээ харж чаддаг байх нь бялуу дээрх мөстөлт юм. орчин үеийн микроскоп. Эрдэмтэд материалын бүтцийг судлах, эс, талстыг судлах нь чухал байсан бөгөөд үүний үр дүнд технологийн хөгжил нь устөрөгчийн атомд хүрэх боломжтой болсон. Үүнээс бага зүйл бол физикийн мэргэжилтнүүдийн сонирхлын хүрээ юм энгийн бөөмс. Биологичид, материал судлаачид, геологичид атомын дэвсгэртэй харьцуулахад бага зэрэг томруулсан ч гэсэн микроскопыг сайжруулах орон зайтай хэвээр байна. Жишээлбэл, нейрофизиологийн мэргэжилтнүүд амьд тархины доторх бие даасан эсүүдийг харах чадвартай төхөөрөмжтэй болохыг эртнээс хүсч байсан бөгөөд Ангараг гарагийг бүтээгчид өөрсдийн сүнсийг самбарт багтах электрон микроскопоор зарах болно. сансрын хөлөгАнгараг дээр ажиллах боломжтой.
Nion Hermes сканнер дамжуулагч электрон микроскоп нь 3.7 сая фунт стерлинг буюу 5.5 сая ам.долларын үнэтэй бөгөөд хүний үснээс сая дахин жижиг биетүүдийг харж чаддаг. Электрон микроскопын гол заль мэх нь ердийн гэрлийн микроскоп шиг фотон туяаг ашиглахын оронд электрон цацрагийг ашигладаг явдал юм. Электрон долгионы урт нь богино бөгөөд энэ нь илүү сайн нарийвчлалтай томруулж болно.
Ийм төхөөрөмжийн хэрэглээний хамрах хүрээний хувьд энэ нь өргөн цар хүрээтэй юм. Эхлээд цахилгааны инженерчлэлийг авч үзье. Хүн бүр авсаархан өмсдөг төхөөрөмжийг илүүд үздэг. Манай гаджетууд өдрөөс өдөрт жижгэрч байна. Тэдгээрийг бүтээхийн тулд танд транзистор, хагас дамжуулагч болон бусад эд анги хэрэгтэй, гэхдээ ийм бяцхан бүтээгдэхүүнийг бий болгохын тулд та атомын түвшинд материалтай ажиллах чадвартай байх хэрэгтэй. Эцсийн эцэст, хэрэв та нүүрстөрөгчийн атомын хоёр хэмжээст хуудас болох графены бүтцэд нэмэлт атом нэмбэл материал өөрөө өөрчлөгдөх болно! Тиймээс материалын бүрэн бүтэн байдлыг хадгалахын тулд тусгай атомын хяналт шаардлагатай.
SuperSTEM лабораторийн эрдэмтэд молибдений дисульфидтэй төслөө боловсруулж байна. Энэ бол графен гэх мэт өөр 2D материал юм. Үүнийг үйлдвэрлэлийн катализатор болгон ашигладаг, жишээлбэл, чулуужсан түлшнээс хүхрийг арилгахад ашигладаг. Данийн химийн компани Haldor Topsoe молибдений дисульфидын атомыг дахин зохион байгуулах нь түүний катализаторын шинж чанарт хэрхэн нөлөөлж болохыг судлахын тулд электрон микроскоп ашиглаж байна.
Супер микроскоп нь нано анагаах ухаанд ч эрэлт хэрэгцээтэй байгаа. Энэ нь мансууруулах бодисын молекулыг мансууруулах бодис зөөвөрлөх үүрэг гүйцэтгэдэг нано бөөмд хэр найдвартай бэхлэгдсэнийг шалгахад ашиглаж болно.
Түүнчлэн, түүний тусламжтайгаар та авч үзэх боломжтой болор бүтэцсолирын тоосны тоосонцор. Хэдийгээр энэ бүхэн ирээдүйн сайн эхлэл юм.
Оролдоод үзье. Доор бичсэн бүх зүйл бүрэн шударга гэж би бодохгүй байна, би ямар нэг зүйлийг алдсан байж магадгүй, гэхдээ одоо байгаа хариултуудын дүн шинжилгээ. ижил төстэй асуултуудмөн миний бодол дараах байдалтай байна.
Устөрөгчийн атомыг авч үзье: түүний тойрог замд нэг протон, нэг электрон.
Устөрөгчийн атомын радиус нь түүний электроны тойрог замын радиустай яг ижил байдаг. Байгаль дээр энэ нь 53 пикометр буюу 53х10^-12 метртэй тэнцэж байгаа боловч бид үүнийг 30х10^-2 метр буюу 5 тэрбум дахин нэмэгдүүлэхийг хүсч байна.
Протоны диаметр (өөрөөр хэлбэл бидний атомын цөм) - 1.75×10^−15 м, хүссэн хэмжээгээрээ томруулж үзвэл 1×10^−5 метр хэмжээтэй, өөрөөр хэлбэл миллиметрийн зууны нэгтэй тэнцэнэ. Энгийн нүдээр харахад ялгах аргагүй юм.
Үүний оронд протоныг вандуйны хэмжээтэй болгоё. Дараа нь электроны тойрог зам нь хөлбөмбөгийн талбайн радиус болно.
Протон нь бүс нутгийг төлөөлөх болно эерэг цэнэг. Энэ нь түүнээс мянга дахин бага гурван кваркаас бүрддэг - бид тэднийг харахгүй нь гарцаагүй. Хэрэв та энэ таамаглаж буй объект дээр соронзон хальс цацвал энэ нь төвийн эргэн тойронд бөмбөрцөг хэлбэртэй үүл болж цугларах болно гэсэн үзэл бодол байдаг.
Электрон харагдахгүй болно. Ямар ч бөмбөлөг атомын цөмийг тойрон нисдэггүй; электроны тойрог зам нь зөвхөн нэг муж юм өөр өөр цэгүүдөөр өөр магадлал бүхий электрон байрлаж болно. Үүнийг бид вандуйгаа тойрсон цэнгэлдэх хүрээлэнгийн диаметртэй бөмбөрцөг гэж төсөөлж болно. IN санамсаргүй онооЭнэ бөмбөрцөг дотор сөрөг зүйл үүсч, тэр даруй алга болдог цахилгаан цэнэг. Түүгээр ч барахгүй, энэ нь маш хурдан хийдэг тул ямар ч үед түүний тодорхой байршлын талаар ярих нь утгагүй юм ... тийм ээ, энэ нь ойлгомжгүй юм. Энгийнээр хэлэхэд энэ нь юу ч биш "харагдахгүй" юм.
Дашрамд хэлэхэд атомыг макроскопийн хэмжээс болгон томруулж, бид үүнийг "харна" гэж найдаж байгаа нь сонирхолтой юм, өөрөөр хэлбэл түүнээс туссан гэрлийг илрүүлэх болно. Үнэн хэрэгтээ энгийн хэмжээтэй атомууд нь электрон болон фотонуудын харилцан үйлчлэлийн тухай атомын масштабаар гэрлийг тусгадаггүй; Электрон нь фотоныг шингээж аваад дараагийнх руу шилжих боломжтой эрчим хүчний түвшин, энэ нь фотон ялгаруулж чаддаг гэх мэт. Таамаглалаар энэ системийг хөл бөмбөгийн талбайн хэмжээтэй болгох нь энэ боломжгүй бүтцийн үйл ажиллагааг урьдчилан таамаглахад хэтэрхий олон таамаглал шаардагдана: фотон нь аварга атомд ижил нөлөө үзүүлэх үү? Бид үүнийг тусгай аварга фотоноор бөмбөгдөж “харах” хэрэг байна уу? Энэ нь аварга том фотон ялгаруулах уу? Эдгээр бүх асуултууд, хатуухан хэлэхэд ямар ч утгагүй юм. Гэсэн хэдий ч атом нь металл бөмбөлөг шиг гэрлийг тусгахгүй гэж хэлэхэд аюулгүй гэж би бодож байна.
Субатомын бөөмсийг өөрийн нүдээр харах чадвар нь маш чухал юм орчин үеийн физик. Өмнө нь эрдэмтэд аль хэдийн гэрэл зураг авч чадсан. Гэсэн хэдий ч атомын аль нэг хэсгийг нь биш харин өөрөө зургийг нь авахад маш хэцүү мэт санагдсан. хэцүү даалгавархамгийн өндөр технологийн төхөөрөмжийг ашиглах үед ч гэсэн.
Баримт нь квант механикийн хуулиудын дагуу бүх шинж чанарыг адилхан нарийвчлалтай тодорхойлох боломжгүй юм. атомын доорх бөөмс. Энэ хэсэг онолын физикБөөмийн координат ба импульсийг ижил нарийвчлалтайгаар хэмжих боломжгүй гэсэн Хэйзенбергийн тодорхойгүй байдлын зарчим дээр суурилдаг - нэг шинж чанарыг үнэн зөв хэмжих нь нөгөөгийн талаарх өгөгдлийг өөрчлөх нь гарцаагүй.
Тиймээс байршлыг (бөөмийн координат) тодорхойлохын оронд квант онолдолгионы функц гэж нэрлэгддэг хэмжилтийг санал болгож байна.
Долгионы функц нь дууны долгионтой бараг адилхан ажилладаг. Ганц ялгаа нь үүнд л байгаа юм математик тайлбар дууны долгионтодорхой газар дахь агаар дахь молекулуудын хөдөлгөөнийг тодорхойлох ба долгионы функц нь Шредингерийн тэгшитгэлийн дагуу бөөмс тодорхой газар гарч ирэх магадлалыг тодорхойлдог.
Долгионы функцийг хэмжих нь бас хэцүү байдаг (шууд ажиглалт нь түүний уналтад хүргэдэг), гэхдээ онолын физикчид түүний утгыг ойролцоогоор таамаглаж чаддаг.
Туршилтаар бүх параметрүүдийг хэмжинэ долгионы функцЭнэ нь атом эсвэл молекулын бүрэн ижил систем дээр хийгдсэн тусдаа устгах хэмжилтээс угсарсан тохиолдолд л боломжтой юм.
Голландаас ирсэн физикчид судалгааны хүрээлэн AMOLF танилцуулав шинэ арга, ямар ч "бүтцийн өөрчлөлт" шаарддаггүй бөгөөд тэдний ажлын үр дүнг "Physical Review Letters" сэтгүүлд нийтэлсэн. Тэдний техник нь 1981 оны таамаглал дээр суурилдаг гурван настай Зөвлөлтийн онолын физикчид, түүнчлэн сүүлийн үеийн судалгаагаар.
Туршилтын явцад эрдэмтдийн баг тусгай камерт байрлуулсан устөрөгчийн атомууд руу хоёр лазер туяа чиглүүлжээ. Энэхүү нөлөөллийн үр дүнд электронууд тойрог замаасаа долгионы функцээр тодорхойлогдсон хурд, чиглэлд гарсан. Устөрөгчийн атомуудыг агуулсан камерт хүчтэй цахилгаан орон нь электронуудыг хавтгай (хавтгай) детекторын тодорхой хэсгүүдэд чиглүүлсэн.
Илрүүлэгчийг цохих электронуудын байрлалыг тэдгээрийн байрлалаар тодорхойлно анхны хурд, мөн камер дахь байрлал биш. Ийнхүү детектор дээрх электронуудын тархалт нь устөрөгчийн атомын цөмийн эргэн тойронд тойрог замаас гарахдаа эдгээр бөөмсийн долгионы функцийг эрдэмтэдэд хэлж өгчээ.
Электронуудын хөдөлгөөнийг фосфорын дэлгэц дээр харанхуй, цайвар цагираг хэлбэрээр харуулсан бөгөөд эрдэмтэд өндөр нарийвчлалтай дижитал камераар гэрэл зургийг авчээ.
“Бид үр дүндээ маш их баяртай байна. Квант механикхийх зүйл маш бага өдөр тутмын амьдралЖинхэнэ гэрэл зураг авах тухай бараг хэн ч бодохгүй хүмүүс квант харилцан үйлчлэл"Атом дахь" гэж судалгааны ахлах зохиолч Анета Стодолна хэлэв практик хэрэглээжишээлбэл, атомын зузаантай дамжуулагчийг бий болгох, молекулын утас технологийг хөгжүүлэх нь орчин үеийн электрон төхөөрөмжийг ихээхэн сайжруулах болно.
“Туршилтыг манай орчлон ертөнцийн хамгийн энгийн бөгөөд хамгийн түгээмэл бодис болох устөрөгч дээр тусгайлан хийсэн нь анхаарал татаж байна нарийн төвөгтэй атомууд. Хэрэв тийм бол энэ том нээлт, энэ нь зөвхөн электроник төдийгүй нанотехнологийг хөгжүүлэх боломжийг олгоно" гэж судалгаанд оролцоогүй Оттавагийн их сургуулийн Жефф Лундин хэлэв.
Гэсэн хэдий ч туршилт хийсэн эрдэмтэд өөрсдөө энэ талаар боддоггүй практик таласуулт. Тэдний нээлт юуны түрүүнд холбоотой гэж тэд үзэж байна суурь шинжлэх ухаан, энэ нь хойч үеийн физикчдэд илүү их мэдлэгийг дамжуулахад туслах болно.
Энэ зураг дээр та эхнийхийг харж байна шууд зурагэлектрон атомыг тойрон эргэдэг - үнэндээ атомын долгионы функц!
Устөрөгчийн атомын тойрог замын бүтцийг гэрэл зургийн хальснаа буулгахын тулд эрдэмтэд хамгийн сүүлийн үеийн квантын микроскопыг ашигласан бөгөөд энэ нь эрдэмтэд квант физикийн хүрээг судлах боломжийг олгодог.
Атом дахь орон зайн тойрог замын бүтцийг электрон эзэлдэг. Гэхдээ материйн эдгээр микроскоп шинж чанарыг тайлбарлахдаа эрдэмтэд долгионы функцэд тулгуурладаг. математик аргуудбөөмсийн квант төлөвийн тодорхойлолт, тухайлбал тэдгээр нь орон зай, цаг хугацаанд хэрхэн ажилладаг.
Дүрмээр бол, in квант физикбөөмсийн төлөвийг тодорхойлохын тулд Шредингерийн тэгшитгэл гэх мэт томъёог ашиглана.
Судлаачдын замд тулгарч буй саад бэрхшээлүүд
Өнөөг хүртэл эрдэмтэд долгионы функцийг хэзээ ч бодитоор ажиглаж байгаагүй. Нэг электроны яг байрлал, импульсийг нь олж авах гэж оролдох нь бөөн ялаа барих гэж оролдсонтой адил байв. Шууд ажиглалтыг маш тааламжгүй үзэгдэл - квантын уялдаа холбоогоор гажуудуулсан.
Бүх квант төлөвийг хэмжихийн тулд цаг хугацааны явцад бөөмийн төлөвийг олон удаа хэмжиж чадах хэрэгсэл хэрэгтэй.
Гэхдээ аль хэдийн микроскопийн төлөв байдлыг хэрхэн нэмэгдүүлэх вэ? квант бөөмс? Олон улсын хэсэг судлаачид үүний хариултыг олсон. Квантын микроскоп ашиглан атомын бүтцийг шууд ажиглахад фотоионжуулалтыг ашигладаг төхөөрөмж.
Түүний нийтлэлд алдартай сэтгүүлФизик тойм захидал, Анета Стодолна хүрээлэнд ажилладаг молекулын физикНидерланд дахь (AMOLF) тэрээр болон түүний багийнхан статик цахилгаан талбайд байрлуулсан устөрөгчийн атомын зангилааны электрон орбиталуудын бүтцийг хэрхэн олж авсан талаар тайлбарлав.
Ажлын арга
Лазер импульсээр цацрагийн дараа ионжсон электронууд тойрог замаасаа гарч, хэмжсэн траекторийн дагуу 2D детектор руу унасан (давхар микро сувгийн хавтан. Илрүүлэгч нь тухайн талбайд перпендикуляр байрладаг). Илрүүлэгчтэй мөргөлдөхөөс өмнө электронууд явах олон замнал байдаг. Энэ нь судлаачдад долгионы функцийн зангилааны бүтцийг тусгасан интерференцийн загваруудыг өгдөг.
Судлаачид гарч буй электрон долгионыг 20 мянга гаруй дахин томруулдаг электростатик линз ашигласан.
