Перед вами одно из самых впечатляющих изображений, когда-либо полученных в экспериментальной физике. Яркая точка на снимке — одиночный атом стронция, точнее — ион (электрически заряженный атом) стронция, изолированный внутри камеры со сверхвысоким вакуумом и удерживаемый между электрическими полями.
Это стало возможно благодаря флуоресценции: при облучении лазерами, настроенными на определенные электронные переходы, захваченный ион многократно поглощал и переизлучал фотоны, производя достаточно света, чтобы его можно было зафиксировать обычной камерой.
Снимок, названный "Одиночный атом в ионной ловушке", был сделан в феврале 2018 года оксфордским физиком Дэвидом Надлингером и стал культовым, поскольку впервые отдельный атом удалось наблюдать непосредственно в человеческом масштабе — без помощи симуляций или художественных визуализаций.
На протяжении веков атомы были чем-то вроде "абстрактных сущностей", проживающих в сложных уравнениях и математических моделях. Здесь же один из них предстает "зависшим" в пространстве; его движение заморожено, а поведение контролируется с чрезвычайной точностью методами квантовой оптики.
Атом был зафиксирован в пространстве радиочастотной ионной ловушкой Пауля, удерживающей заряженные частицы осциллирующими электрическими полями без прямого физического контакта.
Важно отметить: то, какого размера атом выглядит на снимке, не отражает его реальных масштабов — он обусловлен оптической дифракцией и рассеянием излучаемого света.
Ценность данного изображения в том, что оно дает прямое экспериментальное доказательство: отдельные квантовые объекты, некогда чисто теоретические, могут быть изолированы, контролируемы и наблюдаемы с помощью классических инструментов.
Сегодня аналогичные методы захвата и лазерного охлаждения используются в разработке атомных часов и квантовых компьютеров.