Вченим вдалося зробити знімок внутрішньої структури атома
Отримання зображення внутрішньої будови атома, його електронів, протонів і нейтронів, є неймовірно складним завданням, навіть з урахуванням високого рівня розвитку сучасних технологій. Всі труднощі в цій справі полягають у тому, що рух усіх субатомних частинок описується законами квантової механіки, які не дозволяють провести зовнішнє втручання в рух частинок без порушення цього руху. Замість цього квантова теорія дає в руки вчених хвильову функцію кожної частки, яка описує рух цієї частинки і дозволяє розрахувати ймовірність виявлення даної частки в певному місці в певний момент часу. Використовуючи ці відомі хвильові функції різних частинок, вчені-фізики вперше опинилися в стані зробити знімок "нутрощів" атома водню, якій може забезпечити більш глибоке розуміння квантового світу і пристрої всієї матерії, що існує у Всесвіті.
Вчені фізики можуть розрахувати теоретично вид хвильової функції кожної субатомної частинки, але виміряти цю функцію на практиці не надається можливим із-за неминучого порушень цієї функції в процесі вимірювання. Єдиним доступним способом експериментального вимірювання властивостей хвильових функцій частинок є проведення безлічі однакових вимірювань на великій кількості атомів одного і того ж речовини, поміщені в однакові умови. Отримуючи дані по крупинці з кожного виміру, в кінці кінців, можна отримати достовірні характеристики шуканої хвильової функції окремої субатомної частинки.
Вчені з лабораторії AMOLF, що працює під патронатом нідерландського Фонду фундаментальних досліджень матерії (Netherlands' Foundation for Fundamental Research on Matter, FOM), в Амстердамі, продемонстрували новий неруйнівний метод вимірювання хвильових функцій субатомних частинок. В основу їх роботи лягли припущення, зроблені в 1981 році трьома російськими вченими-фізиками та результати пізніших досліджень, які зробили можливим реалізацію теорії на практиці.
Спочатку вчені націлили на атом водню, спійманий в пастці, два променя лазерного світла, що дозволило вирівняти напрямок та швидкість обертання електронів до необхідних значень. Сильне прикладене електричне поле змушувало ці електрони впливати на поверхню плоского датчика, сигнали від якого залежали тільки від швидкості обертання електронів. Таким чином, розподіл електронів, "вразили" датчик, відповідало хвильової функції цих частинок. Це пристрій дозволило продемонструвати розподіл електронів і їх хвильову функцію на фосфоресцирующем екрані як послідовність з темних і яскравих кілець, яка, в свою чергу, була знята цифровою камерою з високою роздільною здатністю.
"Ми надзвичайно задоволені отриманими результатами" - розповідає Анета Стодолна (Aneta Stodolna), керівник наукової групи, - "Ці результати, в основному стосуються фундаментальної фізики, але в майбутньому вони можуть внести величезний внесок в розвиток технологій. Крім того, що це може суттєво просунути вперед область квантової фізики, це може забезпечити розвиток таких технологій, як молекулярні провідники, провідники, товщиною в один атом і інші екзотичні речі, які дозволять миниатюризировать електронні пристрої в майбутньому".