Физики Массачусетского технологического института (MIT) впервые в истории сделали фотографии отдельных свободно движущихся атомов. Это открытие, опубликованное в Physical Review Letters, позволяет впервые визуализировать квантовые явления в реальном пространстве.
С помощью новой методики, названной атомно-разрешающей микроскопией, ученые использовали «оптическую решетку» из лазеров для кратковременной остановки атомов и мгновенного освещения, чтобы зафиксировать их местоположение до того, как они рассеются. Это позволило наблюдать как бозоны, формирующие волновые состояния, так и фермионы, которые спонтанно объединялись в пары в свободном пространстве.
«Мы впервые увидели, как отдельные атомы ведут себя в облаке — это по-настоящему красиво», — говорит профессор физики MIT Мартин Цвирляйн.
До этого атомы удавалось изучать только через их «тень» — с помощью абсорбционной съемки. Новая методика гораздо точнее: она позволяет заморозить движение атомов в нужный момент и зафиксировать их световое свечение.
Интересно, что один атом в миллион раз тоньше человеческого волоса, что делает его фотографирование чрезвычайно трудной задачей. Тем не менее, команде MIT удалось не только захватить изображения отдельных натриевых атомов, но и увидеть, как они формируют де Бройлевскую волну — квантовое явление, которое ранее существовало только в математических моделях.
«Теперь мы действительно видим то, что раньше могли только рассчитывать на бумаге», — добавляет соавтор исследования Ричард Флетчер.
В будущем ученые планируют использовать эту технологию для изучения более сложных состояний вещества, таких как квантовые эффекты Холла, где электроны ведут себя согласованно в магнитных полях — один из самых загадочных и теоретически трудных разделов квантовой физики.
Это открытие не только расширяет границы научного познания, но и подтверждает, что квантовый мир действительно реален — и теперь виден невооруженным глазом через объектив микроскопа.