Группе физиков из Университета Гриффита (Австралия) впервые удалось сфотографировать «тень» отдельного атома, удерживаемого в условиях сверхвысокого вакуума.

Речь идёт о том, что учёные, облучая выбранный ими атом, зафиксировали локальное ослабление потока фотонов, вызванное поглощением. Такие эксперименты уже выполнялись на примере значительно более крупных мишеней (молекул), которые, однако, имели более сложную электронную структуру и активно взаимодействовали со средой. Это может показаться странным, но полученные тогда снимки сильно уступают по качеству новым фотографиям единичных атомов — ионов иттербия174Yb+.

Подготавливая ион к съёмке, исследователи захватывали его в радиочастотную ловушку Пауля. Падавшее на атом излучение с длиной волны в 369,5 нм, сфокусированное в точку размером в несколько микрометров, создавало поле освещения и одновременно обеспечивало лазерное охлаждение, а прошедший свет собирался с помощью фазовой линзы Френеля и подавался на охлаждаемую ПЗС-камеру.

Общая схема опыта (иллюстрация из журнала Nature Communications).

Однократного и не слишком длительного (время выдержки составляло 0,05–1 с) воздействия света на атом хватало для того, чтобы получить отчётливый снимок. Понятие «отчётливый» здесь относится не к разрешению, а к контрасту изображения — тому, насколько сильно наиболее тёмные его точки отличаются от самых светлых. В нашем случае контраст доходил до 3,1%, что можно считать просто превосходным результатом, полностью раскрывающим возможности установки.

Успех эксперимента позволяет рассчитывать на то, что опробованная австралийцами простая методика будет применяться в клеточной биологии. У нуклеиновых кислот, к примеру, есть пик поглощения в ультрафиолетовой области на длине волны в 260 нм, который даёт возможность выделить их на фоне других компонентов клетки, но специалисты ею не пользовались, поскольку 260-нанометровое излучение имеет выраженный бактерицидный эффект. Теперь же необходимое время экспозиции сокращается, и перспектива наблюдения за волокнами хроматина (комплекса ДНК и белков) в динамике становится вполне реальной: согласно расчётам, контраст фотографий 100-нанометровых волокон может составлять около 30%.

Сверху показаны результаты фотографирования «тени» атома с односекундной выдержкой, а снизу — его флюоресцентное изображение (иллюстрация из журнала Nature Communications).