Впервые в мире голландские ученые сделали снимок атома водорода

Используя лазеры и мощные микроскопы голландские ученые сделали уникальную фотографию элементарных частиц атома водорода в результате революционного эксперимента.

В результате выдающегося новаторского эксперимента впервые в жизни была сделана фотография внутреннего строения атома, это по сути открытие может привести к революционным формам электроники и помочь понять человечеству строение основного строительного блока Вселенной.

Голландские ученые при помощи лазеров и мощных микроскопов заглянули внутрь атома водорода. Изображения такого типа ранее никогда не были получены, так как всегда это было связанно с тем, что структура атома разрушалась.

Ученые из Амстердама смогли заглянуть внутрь при помощи особой линзы, которая увеличивает в 20 тысяч раз, создавая «квантовый микроскоп».

Эксперимент раздвинул границы до этого времени считавшиеся квантовыми физиками, пределом разрешения и могут помочь в конструировании систем сверхбыстрой электроники в будущем .

Квантовая теория не описывает точное местоположение элементарных частиц в структуре атома, а дает волновую функцию вероятностного местонахождения частицы, которая описывает одновременно время-пространственное положение элементарной частицы.

Волновые функции аналогичны звуковым волнам за исключением того, что звуковая волна математически описывает движение молекул в воздухе в конкретном месте, волновая функция описывает вероятностное положение частицы. Физики могут теоретически предсказать вероятность волновой функции, а не значение волновой функции, так как они очень хаотичны.

Большинство попыток непосредственно наблюдать волновые функции в реале приводит к процессу, который называется коллапс. Таким образом, для экспериментального измерения свойств волновой функции требует от исследователей реконструировать его из множества отдельных разрушающих измерений на одинаково приготовленных атомах или молекулах.

• Читать также: IBM сделали самую маленькую ячейку памяти: 1 бит хранится в 12 атомах

Физики из AMOLF (Нидерландского общества фундаментальных исследований материи в Амстердаме) продемонстрировали новаторский неразрушающий подход, опубликованный в журнале Physical Review Letters. Основываясь на предложении трех советских физиков 1981 года и более поздних работах, которые позволили перенести это в область реализуемого на практике, голландские ученые направили лучи двух лазеров на атом водорода, находящийся внутри камеры, облучая электроны на скоростях и направлениях, которые определяются базовыми волновыми функциями. Сильное электрическое поле внутри камеры направляло электроны в область плоского детектора, которое зависит от их начальных скоростей, а не от их исходного положения.

Таким образом, распределение электронов, бомбардирующих детектор, соответствует их волновой функции, когда они отрываются от ядра атома водорода.

Устройство отображает распределение электронов на фосфоресцирующем экране, как чередование светлых и темных колец, которые ученые фотографировали при помощи цифровой камерой высокого разрешения.

Ученые считают, что способ предлагаемый голландскими исследователями имеет большие перспективы в других экспериментах. Инструмент, который непосредственно увеличивает масштаб микроскопической квантовой частицы в лабораторном опыте, потенциально, может помочь сделать видимыми непосредственно некоторые квантовые свойства. Такой квантовый микроскоп будет способствовать развитию технологий квантового или молекулярного масштаба.

Лазерный луч использовался для обнаружения частиц внутри атома многократно, и таким образом их активность может регистрироваться мощным микроскопом.

Атом водорода выбран для изучения, так как это самый распространенный элемент материи во Вселенной. Получение его фотографии наиболее простое, чем других атомных структур. В настоящее время голландские ученые начали эксперименты с гелием. Будет ли достигнут успех с более сложными атомными структурами, вопрос на который предстоит ответить.