Атомы фото: Наука: Наука и техника: Lenta.ru — Главная

Содержание

Атомы — что это такое, фото

Атом (от греч. «неделимый») — некогда мельчайшая частица вещества микроскопических размеров, наименьшая часть химического элемента, которая носит его свойства. Составляющие атома — протоны, нейтроны, электроны — этих свойств уже не имеют и образуют их в совокупности. Ковалентные атомы образуют молекулы. Ученые изучают особенности атома, и хотя они уже довольно неплохо изучены, не упускают возможности найти что-то новое — в частности, в области создания новых материалов и новых атомов (продолжающих таблицу Менделеева). 99,9% массы атома приходится на ядро.

Самое обсуждаемое по теме Атомы

Одним из моих любимых мультипликационных персонажей является Люррр – правитель планеты Омикрон Персей 8 из уже культовой Футурамы. И хотя выглядит он не самым привлекательным образом, его супруга явно находит его симпатичным. Но речь не об этом, в конце концов мы с вами собрались не обсуждать внешность вымышленных инопланетных персонажей (хотя тема довольно занятная). Люррр в этой истории интересен тем, что больше всего на свете любит смотреть земные телесериалы. Но так как Омикрон Персей 8 находится от Земли на расстоянии 1000 световых лет, телесигнал достиг их планеты когда земляне дружно отпраздновали трехтысячный год. Любимым же шоу инопланетного правителя оказался сериал 1990-х «Одинокая женщина адвокат» (у нее, кстати, самая короткая юбка в мире), но вещание передачи было прервано из-за пролитого на пульты управления пива. Что и послужило причиной вторжения омикронцев на нашу планету в 3000 году. Классный сюжет, правда? Но если говорить серьезно, то может ли нечто хотя бы отдаленно похожее на сюжет Футурамы произойти на самом деле? Ведь наша планета и правда вещает в открытый космос, причем уже более ста лет. К тому же, результаты нового исследования показали, что наши радиосигналы достигли 75 звездных систем. И кто знает какие телешоу могут понравится тамошним обитателям.

Наш мир устроен сложнее, чем может показаться на первый взгляд. И хотя все мы любим простые ответы на сложные вопросы, они редко оказываются верными. Так, в начале XIX века английский химик Джон Дальтон, разработал новую теорию атома, которая хоть и не объясняла все наблюдаемые явления, но предваряла новые возможности в понимании того, как объединяются атомы и образуются химические вещества. Интересно, что до Дальтона в научных кругах преобладала идея о маленьких неделимых частицах, предложенная еще Демокритом и Левкипом, однако атом долгое время не представлял интереса для науки. И хотя Дальтон не сомневался, что атомы неделимы, наблюдалось нечто, казавшееся легче них самих. В те годы физики выдвинули предположение, согласно которому электрический заряд состоял из некоторых электрических атомов и аналогов, а в 1894 году ирландский физик Джордж Стони предложил называть «атом электричества» электроном. С тех пор утекло много воды, причем даже больше, чем можно было бы ожидать. Недавно исследователи из Бостонского университета создали новый образец металла, в котором движение электронов протекает так же, как вода течет по трубе. Новое открытие потенциально может привести к созданию нового типа электронного устройства.

В 2018 году исследователи из Корнельского университета построили мощный детектор, который в сочетании с управляемым алгоритмом процессом – птихографией (ptychography) – установил мировой рекорд, утроив разрешение современного электронного микроскопа. Но каким бы успешным ни был этот подход, у него был один недостаток – он работал только с ультратонкими образцами толщиной в несколько атомов (все, что было больше, заставило бы электроны рассеиваться таким образом, что их невозможно было бы распутать). Теперь та же команда исследователей установила новый рекорд с помощью нового мощного детектора пиксельной матрицы электронного микроскопа (EMPAD), который включает в себя еще более сложные алгоритмы 3D-реконструкции. Авторы научной работы отмечают, что разрешение настолько тонко настроено, что единственное размытие, которое остается – это тепловое колебание самих атомов. Звучит сложно, не так ли? Предлагаем не бояться сложных терминов и пробуем разобраться, как новая форма электронной птихографии позволит ученым обнаруживать отдельные атомы в трех измерениях, а также к чему может привести их открытие.

Согласной новой гипотезе, Вселенная имитирует собственное существование в «странной петле». В статье, опубликованной учеными из Института исследований квантовой гравитации, утверждается, что в основе гипотезы лежит теория панпсихизма, согласно которой все в природе одушевлено. Статья опубликована в журнале Entropy и, как пишут авторы работы, призвана объединить понимание квантовой механики с нематериалистической точкой зрения. Иными словами, ученые хотят понять насколько реальны мы и все, что нас окружает. Согласитесь, это как минимум интересный вопрос для современной науки и нашего понимая Вселенной.

А вы знали, что на Международной космической станции (МКС) находится Лаборатория холодного атома (ЛХА) – одно из самых холодных мест в известной Вселенной? ЛХА начала свою работу в июне 2018 года и является первой установкой на орбите, производящей целые облака «ультрахолодных» атомов, температура которых может достигать доли градуса выше абсолютного нуля, -273. 15ºC — минимального предела температуры, которую может иметь физическое тело во Вселенной. Все это космическое безобразие ученые затеяли, разумеется, ради квантовой физики. Так, спустя два года непрерывной работы им удалось создать странную квантовую материю, существование которой было предсказано больше столетия назад.

Можете ли вы представить себе мир, в котором не нужны никакие дополнительные источники энергии? Мир, в котором не надо будет задумываться о том, как экономить энергию. Она будет если и не бесплатной, то очень дешевой. А теперь представьте Солнце, которое каждую секунду вырабатывает столько энергии, сколько человечество не израсходовало за всю свою историю и не израсходует еще долго. Как же мы можем реализовать получение энергии Солнца на нашей планете? Оказывается, уже более 60 лет существуют технологии, которые способны обеспечить нас почти неисчерпаемыми источниками энергии за минимальные деньги и с использованием почти бесплатного топлива. Резонный вопрос: почему мы не пользуемся такой возможностью?

Никто на самом деле не знает, какие именно процессы происходят внутри атома. Единственное, что остается достоверно известным — это то, что электроны носятся вокруг орбиталей во внешней оболочке атома, образуя большое количество пустого пространства, в центре которого располагается ядро из протонов и нейтронов. Собираясь вместе, протоны и нейтроны придают атому уникальные свойства, определяющие в дальнейшем те или иные качества вещества, которое может быть как кислородом или водородом, так и железом или ксеноном. Согласно статье, опубликованной на портале livescience.com, в настоящее время все еще остается неизвестным то, каким именно образом протоны и нейтроны ведут себя внутри атома. Кроме того, проведенные эксперименты показали, что протоны и нейтроны, расположенные внутри ядра, кажутся гораздо больше, чем они являются на самом деле. С чем же связаны подобные свойства и как их можно применить на практике?

Многие из вас могут наивно полагать, что самой маленькой частицей во Вселенной является атом. Что же, атом действительно считался мельчайшей и неделимой частицей вплоть до открытия в 1897 году Джозефом Томпсоном электрона; протона, который был открыт в 1920 году Эрнестом Резерфордом, а в 1932 году и нейтрона, который впервые был обнаружен английским физиком Джеймсом Чедвиком. Спустя почти 100 лет, мы знаем, что все во Вселенной состоит из кварков — загадочных частиц, которые принимают активное участие в гравитационных и электромагнитных взаимодействиях. Так что же такое кварк и как он выглядит?

Все мы знаем, что абсолютно все видимое и невидимое во Вселенной состоит из атомов (темная материя не в счет, так как никто толком не знает, из чего она состоит). Каждая такая частица содержит в себе ядро и электроны, которые крутятся вокруг него, будучи связанными с ядром благодаря электромагнитному взаимодействию. Однако ядро атома настолько мало, что если мысленно себе представить растянутый до размеров футбольного поля атом, то его ядро будет иметь размер всего лишь с маковое зерно. Для чего атому нужно столько лишнего пространства и правда ли, что наша Вселенная на 99% состоит из пустоты?

«Я провела много времени в темноте в аспирантуре. Не только потому, что я изучала область квантовой оптики — где мы обычно имеем дело с одной частицей света, или фотоном, одновременно. Но и потому, что в моих исследованиях инструментом измерений были глаза. Я изучала, как люди воспринимают мельчайшие количества света, и сама становилась первой испытуемой всякий раз», — рассказывает Ребекка Холмс, физик Национальной лаборатории Лос-Аламоса. Ее работа, о которой вы сейчас прочитаете, была опубликована Physics World and Applied Optics, среди прочих мест. Далее — от первого лица.

Фотография электрона. Ученые впервые увидели атом «вживую»

Атом водорода, запечатлев электронные облака. И хотя современные физики с помощью ускорителей могут определять даже форму протона, атом водорода, по-видимому, так и останется самым мелким объектом, изображение которого имеет смысл называть фотографией. «Лента.ру» представляет обзор современных методов фотографирования микромира.

Строго говоря, обычной фотографии в наши дни почти не осталось. Изображения, которые мы по привычке называем фотографиями и можем найти, к примеру, в любом фоторепортаже «Ленты.ру», вообще-то, являются компьютерными моделями. Светочувствительная матрица в специальном приборе (по традиции его продолжают называть «фотоаппаратом») определяет пространственное распределение интенсивности света в нескольких разных спектральных диапазонах, управляющая электроника сохраняет эти данные в цифровом виде, а потом другая электронная схема на основе этих данных отдает команду транзисторам в жидкокристаллическом дисплее. Пленка, бумага, специальные растворы для их обработки — все это стало экзотикой. А если мы вспомним буквальное значение слова, то фотография — это «светопись». Так что говорить о том, что ученым удалось

сфотографировать атом, можно лишь с изрядной долей условности.

Больше половины всех астрономических снимков уже давно делают инфракрасные, ультрафиолетовые и рентгеновские телескопы. Электронные микроскопы облучают не светом, а пучком электронов, а атомно-силовые и вовсе сканируют рельеф образца иглой. Есть рентгеновские микроскопы и магнитно-резонансные томографы. Все эти приборы выдают нам точные изображения различных объектов, и несмотря на то что о «светописи» говорить здесь, разумеется, не приходится, мы все же позволим себе именовать такие изображения фотографиями.

Эксперименты физиков по определению формы протона или распределения кварков внутри частиц останутся за кадром; наш рассказ будет ограничен масштабами атомов.

Оптика не стареет

Как выяснилось во второй половине XX века, оптическим микроскопам еще есть куда развиваться. Решающим моментом в биологических и медицинских исследованиях стало появление флуоресцентных красителей и методов, позволяющих избирательно помечать определенные вещества. Это не было «всего лишь новой краской», это был настоящий переворот.

Вопреки расхожему заблуждению, флуоресценция — это вовсе не свечение в темноте (последнее называется люминесценцией). Это явление поглощения квантов определенной энергии (скажем, синего света) с последующим излучением других квантов меньшей энергии и, соответственно, иного света (при поглощении синего испускаться будут зеленые). Если поставить светофильтр, который пропускает только излучаемые красителем кванты и задерживает свет, вызывающий флуоресценцию, можно увидеть темный фон с яркими пятнами красителей, а красители, в свою очередь, могут расцвечивать образец чрезвычайно избирательно.

Например, можно покрасить цитоскелет нервной клетки красным, синапсы выделить зеленым, а ядро — голубым. Можно сделать флуоресцентную метку, которая позволит обнаружить белковые рецепторы на мембране или синтезируемые клеткой в определенных условиях молекулы. Метод иммуногистохимического окрашивания совершил революцию в биологической науке. А когда генные инженеры научились делать трансгенных животных с флуоресцентными белками, этот метод пережил второе рождение: реальностью стали, например, мыши с окрашенными в разные цвета нейронами.

Кроме того, инженеры придумали (и отработали на практике) метод так называемой конфокальной микроскопии. Суть его заключается в том, что микроскоп фокусируется на очень тонкий слой, а специальная диафрагма отсекает создаваемую объектами вне этого слоя засветку. Такой микроскоп может последовательно сканировать образец сверху вниз и получать стопку снимков, которая является готовой основой для трехмерной модели.

Использование лазеров и сложных оптических систем управления лучом позволило решить проблему выгорания красителей и высыхания нежных биологических образцов под ярким светом: луч лазера сканирует образец только тогда, когда это необходимо для съемки. А чтобы не тратить время и силы на осмотр большого препарата через окуляр с узким полем зрения, инженеры предложили автоматическую систему сканирования: на предметный столик современного микроскопа можно положить стекло с образцом, и прибор самостоятельно отснимет масштабную панораму всего образца. При этом в нужных местах он будет наводить на резкость, а затем склеит множество кадров воедино.

В некоторые микроскопы можно посадить живых мышей, крыс или хотя бы мелких беспозвоночных животных. Другие дают небольшое увеличение, зато совмещены с рентгеновским аппаратом. Многие для устранения помех от вибраций монтируются на специальных столах массой в несколько тонн внутри помещений с тщательно контролируемым микроклиматом. Стоимость подобных систем превышает стоимость иных электронных микроскопов, а конкурсы на самый красивый кадр давно стали традицией. Кроме того, продолжается и совершенствование оптики: от поиска лучших сортов стекла и подбора оптимальных комбинаций линз инженеры перешли к способам фокусировки света.

Мы специально перечислили ряд технических подробностей для того, чтобы показать: прогресс в области биологических исследований давно связан с прогрессом в других областях. Если бы не существовало компьютеров, способных автоматически сосчитать число окрашенных клеток на нескольких сотнях фотографий, толку от супермикроскопов было бы немного. А без флуоресцентных красителей все миллионы клеток были бы неотличимы друг от друга, так что проследить за формированием новых или гибелью старых было бы практически невозможно.

По сути, первый микроскоп представлял собой струбцину с закрепленной на ней сферической линзой. Аналогом такого микроскопа может быть простая игральная карта с проделанным в ней отверстием и каплей воды. По некоторым данным подобные устройства применяли золотодобытчики на Колыме уже в прошлом столетии.

За дифракционным пределом

У оптических микроскопов есть принципиальный недостаток. Дело в том, что по форме световых волн невозможно восстановить форму тех предметов, которые оказались намного меньше длины волны: с тем же успехом можно пытаться исследовать тонкую текстуру материала рукой в толстой перчатке для сварочных работ.

Ограничения, создаваемые дифракцией, отчасти удалось преодолеть, причем без нарушения законов физики. Поднырнуть под дифракционный барьер оптическим микроскопам помогают два обстоятельства: то, что при флуоресценции кванты излучаются отдельными молекулами красителя (которые могут довольно далеко отстоять друг от друга), и то, что за счет наложения световых волн можно получить яркое пятно с диаметром, меньшим, чем длина волны.

При наложении друг на друга световые волны способны взаимно друг друга погасить, поэтому параметры освещения образца так, чтобы в яркую область попадал по возможности меньший участок. В сочетании с математическими алгоритмами, которые позволяют, например, убрать двоение изображения, такое направленное освещение дает резкое повышение качества съемки. Становится возможным, к примеру, исследовать в оптический микроскоп внутриклеточные структуры и даже (комбинируя описанный метод с конфокальной микроскопией) получать их трехмерные изображения.

Электронный микроскоп до электронных приборов

Для того чтобы открыть атомы и молекулы, ученым не пришлось их рассматривать — молекулярная теория не нуждалась в том, чтобы видеть объект. А вот микробиология стала возможна только после изобретения микроскопа. Поэтому первое время микроскопы ассоциировались именно с медициной и биологией: физики и химики, изучавшие существенно меньшие объекты, обходились другими средствами. Когда же и им захотелось посмотреть на микромир, дифракционные ограничения стали серьезной проблемой, тем более что описанные выше методы флуоресцентной микроскопии были еще неизвестны. Да и толку от повышения разрешающей способности с 500 до 100 нанометров немного, если объект, который надо рассмотреть, еще меньше!

Зная о том, что электроны могут себя вести и как волна, и как частица, физики из Германии в 1926 году создали электронную линзу. Идея, лежащая в ее основе, была очень простой и понятной любому школьнику: раз электромагнитное поле отклоняет электроны, то с его помощью можно поменять форму пучка этих частиц, растащив их в разные стороны, или, напротив, уменьшить диаметр пучка. Спустя пять лет, в 1931 году Эрнст Руска и Макс Кнолл построили первый в мире электронный микроскоп. В приборе образец сначала просвечивался пучком электронов, а потом электронная линза расширяла прошедший насквозь пучок перед тем, как тот падал на специальный люминесцентный экран. Первый микроскоп давал увеличение всего в 400 раз, но замена света на электроны открыла дорогу к фотографированию с увеличением в сотни тысяч раз: конструкторам пришлось всего лишь преодолеть несколько препятствий технического характера.

Электронный микроскоп позволил рассмотреть устройство клеток в недосягаемом ранее качестве. Но по этому снимку нельзя понять возраст клеток и наличие в них тех или иных белков, а эта информация очень нужна ученым.

Сейчас электронные микроскопы позволяют фотографировать вирусы крупным планом. Существуют разные модификации приборов, позволяющие не только просвечивать тонкие срезы, но и рассматривать их в «отраженном свете» (в отраженных электронах, конечно). Мы не будем подробно рассказывать про все варианты микроскопов, но заметим, что недавно исследователи — они научились восстанавливать изображение по дифракционной картине.

Потрогать, а не рассмотреть

Еще одна революция произошла за счет дальнейшего отхода от принципа «осветить и посмотреть». Атомный силовой микроскоп, равно как и сканирующий туннельный микроскоп, уже ничем на поверхность образцов не светит. Вместо этого по поверхности перемещается особо тонкая игла, которая буквально подпрыгивает даже на неровностях размером с отдельный атом.

Не вдаваясь в детали всех подобных методов, заметим главное: иглу туннельного микроскопа можно не только перемещать вдоль поверхности, но и использовать для перестановки атомов с места на место. Именно таким образом ученые создают надписи, рисунки и даже мультфильмы, в которых нарисованный мальчик играет с атомом. Настоящим атомом ксенона, перетаскиваемым иглой сканирующего туннельного микроскопа.

Туннельным микроскоп называют потому, что он использует эффект протекающего через иглу туннельного тока: электроны проходят через зазор между иглой и поверхностью за счет предсказанного квантовой механикой туннельного эффекта.

Для работы такого прибора нужен вакуум.

Намного менее требователен к окружающим условиям атомный силовой микроскоп (АСМ) — он может (с рядом ограничений) работать без откачки воздуха. В определенном смысле АСМ является нанотехнологичным наследником патефона. Игла, закрепленная на тонком и гибком кронштейне-кантилевере (cantilever и есть «кронштейн»), движется вдоль поверхности без подачи на нее напряжения и следует рельефу образца так же, как игла патефона следует вдоль бороздок грампластинки. Изгиб кантилевера заставляет отклоняться закрепленное на нем зеркало, зеркало отклоняет лазерный луч, и это позволяет очень точно определять форму исследуемого образца. Главное только иметь достаточно точную систему перемещения иглы, а также запас игл, которые должны быть идеально острыми. Радиус закругления у кончиков таких игл может не превышать одного нанометра.

АСМ позволяет видеть отдельные атомы и молекулы, однако, как и туннельный микроскоп, не позволяет заглянуть под поверхность образца. Иными словами, ученым приходится выбирать между возможностью видеть атомы и возможностью изучать весь объект целиком. Впрочем, и для оптических микроскопов внутренности изучаемых образцов не всегда доступны, ведь минералы или металлы обычно свет пропускают плохо. Кроме того, с фотографированием атомов все равно возникают сложности — эти объекты предстают простыми шариками, форма электронных облаков на таких снимках не видна.

Синхротронное излучение, возникающее при торможении разогнанных ускорителями заряженных частиц, позволяет изучать окаменевшие останки доисторических животных. Вращая образец под рентгеновскими лучами, мы можем получать трехмерные томограммы — именно так был найден, например, мозг внутри черепа рыб, вымерших 300 миллионов лет назад. Можно обойтись и без вращения, если регистрацию прошедшего излучения фиксацией рассеянных за счет дифракции рентгеновских лучей.

И это еще не все возможности, которые открывает рентгеновское излучение. При облучении им многие материалы флуоресцируют, причем по характеру флуоресценции можно определить химический состав вещества: таким способом ученые окраску древних артефактов, стертые в Средние века труды Архимеда или окраску перьев давно вымерших птиц.

Позируют атомы

На фоне всех тех возможностей, которые предоставляют рентгеновские или оптико-флуоресцентные методы, новый способ фотографирования отдельных атомов уже кажется не таким уж большим прорывом в науке. Суть метода, который позволил получить представленные на этой неделе изображения, такова: с ионизированных атомов срывают электроны и направляют их на специальный детектор. Каждый акт ионизации срывает электрон с определенного положения и дает одну точку на «фотографии». Накопив несколько тысяч таких точек, ученые сформировали картинку, отображающую наиболее вероятные места обнаружения электрона вокруг ядра атома, а это по определению и есть электронное облако.

В заключение скажем, что возможность видеть отдельные атомы с их электронными облаками — это скорее вишенка на торте современной микроскопии. Ученым было важно исследовать структуру материалов, изучать клетки и кристаллы, а обусловленное этим развитие технологий дало возможность дойти до атома водорода. Все, что меньше, — уже сфера интересов специалистов по физике элементарных частиц. А биологам, материаловедам и геологам еще есть куда совершенствовать микроскопы даже с довольно скромным на фоне атомов увеличением. Специалистам по нейрофизиологии, к примеру, давно хочется иметь прибор, способный видеть отдельные клетки внутри живого мозга, а создатели марсоходов продали бы душу за электронный микроскоп, который влезал бы на борт космического аппарата и мог бы работать на Марсе.

Однако сфотографировать сам атом, а не какую-либо его часть представлялось крайне трудной задачей даже при использовании самых высокотехнологичных устройств.

Дело в том, что согласно законам квантовой механики , невозможно одинаково точно определить все свойства субатомной частицы. Этот раздел теоретической физики построен по принципу неопределённости Гейзенберга , который гласит, что невозможно одинаково точно измерить координаты и импульс частицы — точные измерения одного свойства непременно изменят данные о другом.

Поэтому, вместо того чтобы определять местонахождение (координаты частицы), квантовая теория предлагает измерить так называемую волновую функцию .

Волновая функция работает почти так же, как и звуковая волна. Различие лишь в том, что математическое описание звуковой волны определяет движение молекул в воздухе в определённом месте, а волновая функция описывает вероятность появления частицы в том или ином месте по уравнению Шрёдингера .

Измерить волновую функцию также непросто (прямые наблюдения приводят к её коллапсу), но физики-теоретики могут примерно предсказать её значения.

Экспериментально измерить все параметры волновой функции можно только в том случае, если собрать её из отдельных разрушающих измерений, проведённых на полностью идентичных системах атомов или молекул.

Физики из голландского исследовательского института AMOLF представили новый метод, не требующий никаких «перестроек», и опубликовали результаты своей работы в журнале Physical Review Letters.

Их методика построена на гипотезе 1981 года трёх советских физиков-теоретиков, а также на более поздних исследованиях.

В ходе эксперимента команда учёных направила два лазерных луча на атомы водорода, помещённые в специальную камеру. В результате такого воздействия электроны покинули свои орбиты с той скоростью и в том направлении, которые определялись их волновыми функциями. Сильное электрическое поле в камере, где находились атомы водорода, направило электроны на определённые части планарного (плоского) детектора.

Положение электронов, попадающих на детектор, определялось их начальной скоростью, а не позицией в камере. Таким образом, распределение электронов на детекторе рассказало учёным о волновой функции этих частиц, которая была у них, когда они покинули орбиту у ядра атома водорода.

Движения электронов отображались на фосфоресцентном экране в виде тёмных и светлых колец, которые учёные сфотографировали цифровой камерой с высоким разрешением.

«Мы очень довольны нашими результатами. Квантовая механика так мало имеет дело с повседневной жизнью людей, что вряд ли кто-то мог подумать о получении реального фотоснимка квантовых взаимодействий в атоме», — говорит ведущий автор исследования Анета Стодолна (Aneta Stodolna). Также она утверждает, что разработанная методика может иметь и практическое применение, к примеру, для создания проводников толщиной в атом, развития технологии молекулярных проводов, что значительно усовершенствует современные электронные приборы.

«Примечательно, что эксперимент был проведён именно на водороде — одновременно простейшем и самом распространённом веществе в нашей Вселенной. Нужно будет понять, можно ли применить эту методику для более сложных атомов. Если да, то это большой прорыв, который позволит развить не только электронику, но и нанотехнологии», — говорит Джеф Ландин (Jeff Lundeen) из университета Оттавы, который не принимал участия в исследовании.

Впрочем, сами учёные, проводившие эксперимент, не задумываются о практической стороне вопроса. Они считают, что их открытие в первую очередь относится к фундаментальной науке, которая поможет передать больше знаний будущим поколениям физиков.

Как известно, все материальное во Вселенной состоит из атомов. Атом – это мельчайшая единица материи, которая несет в себе ее свойства. В свою очередь, структура атома складывается из волшебного триединства микрочастиц: протонов, нейтронов и электронов.

При этом каждая из микрочастиц универсальна. То есть, не найти на свете двух разных протонов, нейтронов или электронов. Все они абсолютно друг на друга похожи. И свойства атома будут зависеть только от количественного состава этих микрочастиц в общем строении атома.

Например, структура атома водорода состоит из одного протона и одного электрона. Следующий по сложности, атом гелия состоит из двух протонов, двух нейтронов и двух электронов. Атом лития — из трех протонов, четырех нейтронов и трех электронов и т. д.

Структура атомов (слева направо): водорода, гелия, лития

Атомы соединяются в молекулы, а молекулы — в вещества, минералы и организмы. Молекула ДНК, являющаяся основой всего живого – структура, собранная из тех же трех волшебных кирпичиков мироздания, что и камень, лежащий на дороге. Хотя эта структура и намного более сложная.

Еще более удивительные факты открываются тогда, когда мы пытаемся поближе рассмотреть пропорции и строение атомной системы. Известно, что атом состоит из ядра и электронов, двигающихся вокруг него по траектории, описывающей сферу. То есть это даже нельзя назвать движением в обычном понимании этого слова. Электрон скорее находится везде и сразу в пределах этой сферы, создавая вокруг ядра электронное облако и формируя электромагнитное поле.

Схематические изображения строения атома

Ядро атома состоит из протонов и нейтронов, и в нем сосредоточена почти вся масса системы. Но при этом, само ядро настолько мало, что если увеличить его радиус до масштаба в 1 см, то радиус всей структуры атома достигнет сотни метров. Таким образом, все, что мы воспринимаем как плотную материю, более чем на 99% состоит из одних только энергетических связей между физическими частицами и менее чем 1% — из самих физических форм.

Но что представляют собой эти физические формы? Из чего они состоят, и насколько они материальны? Чтобы ответить на эти вопросы, давайте подробнее рассмотрим структуры протонов, нейтронов и электронов. Итак, мы спускаемся еще на одну ступеньку в глубины микромира – на уровень субатомных частиц.

Из чего состоит электрон

Самая маленькая частица атома – электрон. Электрон обладает массой, но при этом не обладает объемом. В научном представлении электрон не из чего не состоит, а представляет собой бесструктурную точку.

Под микроскопом электрон невозможно увидеть. Он наблюдаем только в виде электронного облака, которое выглядит как размытая сфера вокруг атомного ядра. При этом с точностью, где находится электрон в момент времени, невозможно сказать. Приборы же способны запечатлеть не саму частицу, а только лишь ее энергетический след. Суть электрона не вкладывается в представления о материи. Он скорее подобен некой пустой форме, существующей только в движении и за счет движения.

Никакой структуры в электроне до сих пор не было обнаружено. Он является такой же точечной частицей, как и квант энергии. Фактически, электрон — и есть энергия, однако, это более устойчивая ее форма, нежели та, которая представлена фотонами света.

В настоящий момент электрон считают неделимым. Это понятно, ведь невозможно разделить то, что не имеет объема. Однако в теории уже есть наработки, согласно которым в составе электрона лежит триединство таких квазичастиц как:

Орбитон – содержит информацию об орбитальном положении электрона;
Спинон – ответственен за спин или вращательный момент;
Холон – несет информацию о заряде электрона.

Впрочем, как видим, квазичастицы с материей уже не имеют абсолютно ничего общего, и несут в себе одну только информацию.

Фотографии атомов разных веществ в электронный микроскоп

Интересно, что электрон может поглощать кванты энергии, например, света или тепла. В этом случае атом переходит на новый энергетический уровень, а границы электронного облака расширяются. Бывает и такое, что энергия, поглощаемая электроном настолько велика, что он может выскочить из системы атома, и далее продолжить свое движение как независимая частица. При этом он ведет себя подобно фотону света, то есть, он будто бы перестает быть частицей и начинает проявлять свойства волны. Это было доказано в эксперименте.

Эксперимент Юнга

В ходе эксперимента на экран с двумя прорезанными в нем щелями был направлен поток электронов. Проходя через эти прорези, электроны сталкивались с поверхностью еще одного – проекционного – экрана, оставляя на нем свой след. В результате такой «бомбардировки» электронами на проекционном экране появлялась интерференционная картина, подобная той, которая появилась бы, если бы через две прорези проходили бы волны, но не частицы.

Такой рисунок возникает из-за того, что волна, проходя между двух щелей, делится на две волны. В результате дальнейшего движения волны накладываются друг на друга, и на некоторых участках происходит их взаимное гашение. В результате мы получаем много полос на проекционном экране, вместо одной, как это было бы, если бы электрон вел себя как частица.

Структура ядра атома: протоны и нейтроны

Протоны и нейтроны составляют ядро атома. И притом, что в общем объеме ядро занимает менее 1%, именно в этой структуре сосредоточена почти вся масса системы. А вот на счет структуры протонов и нейтронов физики разделились во мнениях, и на данный момент существует сразу две теории.

Теория №1 — Стандартная

Стандартная модель говорит о том, что протоны и нейтроны состоят из трех кварков, соединенных между собой облаком глюонов. Кварки являются точечными частицами, так же, как кванты и электроны. А глюоны – это виртуальные частицы, обеспечивающие взаимодействие кварков. Однако в природе так и не было найдено ни кварков, ни глюонов, потому эта модель поддается жестокой критике.

Теория №2 — Альтернативная

А вот по альтернативной теории единого поля, разработанной Эйнштейном, протон, как и нейтрон, как и любой другая частица физического мира, представляет собой вращающееся со скоростью света электромагнитное поле.

Электромагнитные поля человека и планеты

Каковы же принципы строения атома?

Все в мире – тонкое и плотное, жидкое, твердое и газообразное – это лишь энергетические состояния бесчисленных полей, пронизывающих пространство Вселенной. Чем выше уровень энергии в поле, тем оно тоньше и менее уловимо. Чем ниже энергетический уровень, тем оно более устойчивое и ощутимое. В структуре атома, как и в структуре любой другой единицы Вселенной, лежит взаимодействие таких полей – разных по энергетической плотности. Выходит, а материя – только иллюзия ума.

В самом деле, автор РТЧ в своих «размышлизмах» зашёл так далеко, что впору вызывать тяжёлую контраргументацию, а именно – данные эксперимента японских учёных по фотографированию атома водорода, о котором стало известно 4 ноября 2010 года. На снимке хорошо видна атомная форма, подтверждающая как дискретность, так и округлость атомов: «Группа учёных и специалистов Токийского университета впервые в мире сфотографировала отдельный атом водорода – самый лёгкий и самый маленький из всех атомов, сообщают информагентства.

Снимок был сделан при помощи одной из новейших технологий – специального сканирующего электронного микроскопа. С помощью этого прибора вместе с атомом водорода был сфотографирован и отдельный атом ванадия.
Диаметр атома водорода составляет одну десятимиллиардную часть метра. Ранее считалось, что сфотографировать его современным оборудованием практически невозможно. Водород является самым распространённым веществом. Его часть во всей Вселенной приблизительно 90%.

По словам учёных, таким же способом можно запечатлеть и другие элементарные частицы. «Теперь мы можем увидеть все атомы, из которых состоит наш мир, – заявил профессор Юити Икухара. – Это прорыв к новым формам производства, когда в будущем можно будет принимать решения на уровне отдельных атомов и молекул» .

Атом водорода, цвета условные
http://prl.aps.org/abstract/PRL/v110/i21/e213001

Группа ученых из Германии, Греции, Нидерландов, США и Франции получила снимки атома водорода. На этих изображениях, полученных при помощи фотоионизационного микроскопа, видно распределение электронной плотности, которое полностью совпадает с результатами теоретических расчетов. Работа международной группы представлена на страницах Physical Review Letters.

Суть фотоионизационного метода заключается в последовательной ионизации атомов водорода, то есть в отрывании от них электрона за счет электромагнитного облучения. Отделившиеся электроны направляются на чувствительную матрицу через положительно заряженное кольцо, причем положение электрона в момент столкновения с матрицей отражает положение электрона в момент ионизации атома. Заряженное кольцо, отклоняющее электроны в сторону, играет роль линзы и с его помощью изображение увеличивается в миллионы раз.

Этот метод, описанный в 2004 году, уже применялся для получения «фотографий» отдельных молекул, однако физики пошли дальше и использовали фотоионизационный микроскоп для исследования атомов водорода. Так как попадание одного электрона дает всего одну точку, исследователи накопили около 20 тысяч отдельных электронов от разных атомов и составили усредненное изображение электронных оболочек.

В соответствии с законами квантовой механики, электрон в атоме не имеет какого-то определенного положения сам по себе. Лишь при взаимодействии атома с внешней средой электрон с той или иной вероятностью проявляется в некоторой окрестности ядра атома: область, в которой вероятность обнаружения электрона максимальна, называется электронной оболочкой. На новых изображениях видны различия между атомами разных энергетических состояний; ученые смогли наглядно продемонстрировать форму предсказанных квантовой механикой электронных оболочек.

При помощи других приборов, сканирующих туннельных микроскопов, отдельные атомы можно не только увидеть, но и переместить в нужное место. Эта техника около месяца назад позволила инженерам компании IBM нарисовать мультфильм, каждый кадр которого сложен из атомов: подобные художественные эксперименты не имеют какого-то практического эффекта, но демонстрируют принципиальную возможность манипуляций с атомами. В прикладных целях используется уже не поатомная сборка, а химические процессы с самоорганизацией наноструктур или самоограничением роста одноатомных слоев на подложке.

На данной фотографии вы смотрите на первое прямое изображение орбит электрона вокруг атома — фактически волновую функцию атома!

Для получения фотографии орбитальной структуры атома водорода, исследователи использовали новейший квантовой микроскоп — невероятное устройство, которое позволяет ученым заглянуть в область квантовой физики.

Орбитальная структура пространства в атоме занята электроном. Но при описании этих микроскопических свойств материи, ученые полагаются на волновые функции — математические способы описания квантовых состояний частиц, а именно того, как они ведут себя в пространстве и во времени.

Как правило, в квантовой физике используют формулы типа уравнения Шредингера для описания состояний частиц.

Препятствия на пути исследователей

До сегодняшнего момента, ученые фактически никогда не наблюдали волновую функцию. Попытка уловить точное положение или импульс одинокого электрона было сродни попытке поймать рой мух. Прямые наблюдения искажались весьма неприятным явлением — квантовой когерентностью.

Чтобы измерить все квантовые состояния нужен инструмент, который может проводить множество измерений состояний частицы с течением времени.

Но как увеличить и так микроскопическое состояние квантовой частицы? Ответ нашла группа международных исследователей. С помощью квантового микроскопа — устройства, которое использует фотоионизацию для прямых наблюдений атомных структур.

В своей статье в популярном журнале Physical Review Letters, Aneta Stodolna работающая в институте молекулярной физики (AMOLF) в Нидерландах рассказывает, как она и ее команда получили структуры узловых электронных орбиталей атома водорода помещенных в статическом электрическом поле.

Методика работы

После облучения лазерными импульсами, ионизированные электроны покидали свои орбиты и по измеренной траектории попадали в 2D детектор (двойная микроканальная пластина . Детектор расположен перпендикулярно к самому полю). Существует множество траекторий, по которым могут перемещаться электронов до столкновения с детектором. Это обеспечивает исследователей набором интерференционных картин, — моделей которые отражают узловую структуру волновой функции.
Исследователи использовали электростатическую линзу, которая увеличивает исходящую волну электронов более чем в 20000 раз.

Фотографии атомов и молекул. Первое изображение орбитальной структуры атома водорода. Если вам всё-таки не удалось рассмотреть атом, то вот он

Физикам из США удалось запечатлеть на фото отдельные атомы с рекордным разрешением, передает Day.Az со ссылкой на Vesti.ru

Ученым из Корнеллского университета в США удалось запечатлеть на фото отдельные атомы с рекордным разрешением — меньше половины ангстрема (0,39 Å). Предыдущие фотографии обладали вдвое низким разрешением — 0,98 Å.

Мощные электронные микроскопы, способные увидеть атомы, существуют уже полвека, однако их разрешающая способность ограничена длинной волны видимого света, которая больше диаметра атома средней величины.

Поэтому ученые используют некий аналог линз, фокусирующих и увеличивающих изображение в электронных микроскопах — им выступает магнитное поле. Однако колебания магнитного поля искажают полученный результат. Чтобы убрать искажения, используют дополнительные устройства, которые корректируют магнитное поле, но вместе с тем увеличивают сложность конструкции электронного микроскопа.

Ранее физики из Корнеллского университета разработали устройство Electron Microscope Pixel Array Detector (EMPAD), заменяющее сложную систему генераторов, фокусирующих входящие электроны одной небольшой матрицей с разрешением 128х128 пикселей, чувствительных к отдельным электронам. Каждый пиксель регистрирует угол отражения электрона; зная его, ученые при помощи техники птайкографии реконструируют характеристики электронов, включая координаты точки, откуда он был выпущен.

Атомы в самом большом разрешении

David A. Muller et al. Nature, 2018.

Летом 2018 года физики решили улучшить качество получаемых снимков до рекордного до сегодняшнего дня разрешения. Ученые закрепили на подвижной балке лист 2D материала — сульфида молибдена MoS2, и выпустили пучки электронов, поворачивая балку под разными углами к источнику электронов. С помощью EMPAD и птайкографии ученые определили расстояния между отдельными атомами молибдена и получили изображение с рекордным разрешением — 0,39 Å.

«Практически мы создали самую маленькую в мире линейку», — объясняет Сол Грюнер (Sol Gruner), один из авторов эксперимента. На полученном снимке удалось разглядеть атомы серы с рекордным разрешением 0,39 Å. Причем удалось даже разглядеть место, где одного такого атома не хватает (указано стрелочкой).

Атомы серы в рекордном разрешении

Принялся Трурль ловить атомы, соскабливать с них электроны, месить протоны, так что лишь пальцы мелькали, приготовил протонное тесто, выложил вокруг него электроны и — за следующий атом; не прошло и пяти минут, как держал он в руках брусочек чистого золота: подал его морде, она же, на зуб брусочек попробовав и головой кивнув, сказала:
— И в самом деле золото, только я не могу так за атомами гоняться. Слишком я большой.
— Ничего, мы дадим тебе особый аппаратик! — уговаривал его Трурль.

Станислав Лем, «Кибериада»

Можно ли с помощью микроскопа разглядеть атом, отличить его от другого атома, проследить за разрушением или образованием химической связи и увидеть, как одна молекула превращается в другую? Да, если это не простой микроскоп, а атомно-силовой. А можно и не ограничиваться наблюдением. Мы живем в то время, когда атомно-силовой микроскоп перестал быть просто окном в микромир. Сегодня этот прибор можно использовать для перемещения атомов, разрушения химических связей, изучения предела растяжения одиночных молекул — и даже для исследования генома человека.

Буквы из ксеноновых пикселей

Рассмотреть атомы не всегда было так просто. История атомно-силового микроскопа началась в 1979 году, когда Герд Карл Бинниг и Генрих Рорер, работавшие в Исследовательском центре компании IBM в Цюрихе, приступили к созданию прибора, который позволил бы изучать поверхности с атомным разрешением. Чтобы придумать такое устройство, исследователи решили использовать эффект туннельного перехода — способность электронов преодолевать, казалось бы, непроходимые барьеры. Идея состояла в том, чтобы, измеряя силу туннельного тока, возникающего между сканирующим зондом и изучаемой поверхностью, определять положение атомов в образце.

У Биннига и Рорера получилось, и они вошли в историю как изобретатели сканирующего туннельного микроскопа (СТМ), а в 1986 году получили Нобелевскую премию по физике. Сканирующий туннельный микроскоп совершил настоящую революцию в физике и химии.

В 1990 году Дон Айглер и Эрхард Швайцер, работавшие в исследовательском центре IBM в Калифорнии, показали, что СТМ можно применять не только для наблюдения за атомами, но для манипулирования ими. С помощью зонда сканирующего туннельного микроскопа они создали, возможно, самый популярный образ, символизирующий переход химиков к работе с отдельными атомами — нарисовали на никелевой поверхности три буквы 35 атомами ксенона (рис. 1).

Бинниг не стал почивать на лаврах — в год получения Нобелевской премии совместно с Кристофером Гербером и Кельвином Куэйтом, также работавшими в Цюрихском исследовательском центре IBM он начал работу над еще одним устройством для изучения микромира, лишенного недостатков, которые присущи СТМ. Дело в том, что с помощью сканирующего туннельного микроскопа нельзя было изучать диэлектрические поверхности, а только проводники и полупроводники, да и для анализа последних между ними и зондом микроскопа нужно было создать значительное разрежение. Поняв, что создать новое устройство проще, чем модернизировать существующее, Бинниг, Гербер и Куэйт изобрели атомно-силовой микроскоп, или АСМ. Принцип его работы кардинально иной: для получения информации о поверхности измеряют не силу тока, возникающую между зондом микроскопа и изучаемым образцом, а значение возникающих между ними сил притяжения, то есть слабых нехимических взаимодействий — сил Ван-дер-Ваальса.

Первая рабочая модель АСМ была устроена сравнительно просто. Исследователи перемещали над поверхностью образца алмазный зонд, связанный с гибким микромеханическим датчиком — кантилевером из золотой фольги (между зондом и атомом возникает притяжение, кантилевер гнется в зависимости от силы притяжения и деформирует пьезоэлектрик). Степень изгиба кантилевера определялась с помощью пьезоэлектрических датчиков — сходным образом канавки и гребни виниловой пластинки превращаются в аудиозапись. Конструкция атомно-силового микроскопа позволяла ему детектировать силы притяжения до 10 –18 ньютон. Через год после создания рабочего прототипа исследователям удалось получить изображение рельефа поверхности графита с разрешением в 2,5 ангстрема.

За три десятка лет, прошедших с тех пор, АСМ использовали для изучения практически любых химических объектов — от поверхности керамического материала до живых клеток и отдельных молекул, причем находящихся как в статическом, так и динамическом состоянии. Атомно-силовая микроскопия стала рабочей лошадкой химиков и материаловедов, а количество работ, в которых применяется этот метод, постоянно растет (рис. 2).

За эти годы исследователи подобрали условия и для контактного, и для бесконтактного изучения объектов с помощью атомно-силовой микроскопии. Контактный метод описан выше, он основан на вандерваальсовом взаимодействии между кантилевером и поверхностью. При работе в бесконтактном режиме пьезовибратор возбуждает колебания зонда на некоторой частоте (чаще всего резонансной). Сила, действующая со стороны поверхности, приводит к тому, что и амплитуда, и фаза колебаний зонда изменяются. Несмотря на некоторые недостатки бесконтактного метода (в первую очередь чувствительность к внешним шумам), именно он исключает воздействие зонда на исследуемый объект, а значит, интереснее для химиков.

Живо по зондам, в погоню за связями

Бесконтактной атомно-силовая микроскопия стала в 1998 году благодаря работам ученика Биннига — Франца Йозефа Гиссибла. Именно он предложил использовать в качестве кантилевера кварцевый эталонный генератор стабильной частоты. Спустя 11 лет исследователи из лаборатории IBM в Цюрихе предприняли еще одну модификацию бесконтактного АСМ: роль зонда-сенсора выполнял не острый кристалл алмаза, а одна молекула — монооксид углерода. Это позволяло перейти к субатомному разрешению, что и продемонстрировал Лео Гросс из цюрихского отдела IBM. В 2009 году с помощью АСМ он сделал видимыми уже не атомы, а химические связи, получив достаточно четкую и однозначно читаемую «картинку» для молекулы пентацена (рис. 3; Science , 2009, 325, 5944, 1110–1114, doi: 10.1126/science.1176210 ).

Убедившись, что с помощью АСМ можно увидеть химическую связь, Лео Гросс решил пойти дальше и применить атомно-силовой микроскоп для измерения длин и порядков связей — ключевых параметров для понимания химической структуры, а следовательно, и свойств веществ.

Напомним, что различие в порядках связей указывает на разные значения электронной плотности и различные межатомные расстояния между двумя атомами (говоря проще, двойная связь короче одинарной). В этане порядок связи углерод-углерод равен единице, в этилене — двум, а в классической ароматической молекуле — бензоле — порядок связи углерод-углерод больше единицы, но меньше двух, и считается равным 1,5.

Определить порядок связи гораздо сложнее при переходе от простых ароматических систем к плоским или объемным поликонденсированным циклическим системам. Так, порядок связей в фуллеренах, состоящих из конденсированных пяти- и шестичленных углеродных циклов, может принимать любое значение от единицы до двух. Та же самая неопределенность теоретически присуща и полициклическим ароматическим соединениям.

В 2012 году Лео Гросс совместно с Фабианом Моном показал, что атомно-силовой микроскоп с металлическим бесконтактным зондом, модифицированным монооксидом углерода, может измерять различия в распределении зарядов у атомов и межатомные расстояния — то есть параметры, ассоциированные с порядком связи (Science , 2012, 337, 6100, 1326–1329, doi: 10.1126/science.1225621 ).

Для этого они изучили два типа химических связей в фуллерене — связь углерод-углерод, общую для двух шестичленных углеродсодержащих циклов фуллерена С 60 , и связь углерод-углерод, общую для пяти- и шестичленного циклов. Атомно-силовой микроскоп показал, что при конденсации шестичленных циклов образуется связь более короткая и с большим порядком, чем при конденсации циклических фрагментов C 6 и C 5 . Изучение же особенностей химического связывания в гексабензокоронене, где вокруг центрального цикла C 6 симметрично расположено еще шесть циклов C 6 , подтвердило результаты квантово-химического моделирования, согласно которым порядок связей С-С центрального кольца (на рис. 4 буква i ) должен быть больше, чем у связей, объединяющих это кольцо с периферийными циклами (на рис. 4 буква j ). Сходные результаты получили и для более сложного полициклического ароматического углеводорода, содержащего девять шестичленных циклов.

Порядки связей и межатомные расстояния, конечно же, интересовали химиков-органиков, но важнее это было тем, кто занимался теорией химической связи, предсказанием реакционной способности и изучением механизмов химических реакций. Тем не менее и химиков-синтетиков, и специалистов по изучению структуры природных соединений ждал сюрприз: оказалось, что атомно-силовой микроскоп можно применять для установления структуры молекул точно так же, как ЯМР или ИК-спектроскопию. Более того, он дает однозначный ответ на вопросы, с которыми эти методы не в состоянии справиться.

От фотографии к кинематографу

В 2010 году все тот же Лео Гросс и Райнер Эбел смогли однозначно установить строение природного соединения — цефаландола А, выделенного из бактерии Dermacoccus abyssi (Nature Chemistry , 2010, 2, 821–825, doi: 10.1038/nchem.765). Состав цефаландола А установили ранее с помощью масс-спектрометрии, однако анализ спектров ЯМР этого соединения не давал однозначного ответа на вопрос о его структуре: возможны были четыре варианта. С помощью атомно-силового микроскопа исследователи сразу же исключили две из четырех структур, а из двух оставшихся правильный выбор сделали, сравнив результаты, полученные благодаря АСМ и квантово-химическому моделированию. Задача оказалась непростой: в отличие от пентацена, фуллерена и короненов, в состав цефаландола А входят не только атомы углерода и водорода, кроме того, у этой молекулы нет плоскости симметрии (рис. 5) — но и такую задачу удалось решить.

Еще одно подтверждение того, что атомно-силовой микроскоп можно использовать как аналитический инструмент, получили в группе Оскара Кустанца, в то время работавшего в инженерной школе Университета Осаки. Он показал, как с помощью АСМ различить атомы, отличающиеся друг от друга гораздо меньше, чем углерод и водород (Nature , 2007, 446, 64–67, doi: 10.1038/nature05530). Кустанц исследовал поверхность сплава, состоящего из кремния, олова и свинца с известным содержанием каждого элемента. В результате многочисленных экспериментов он выяснил, что сила, возникающая между острием зонда АСМ и разными атомами, различается (рис. 6). Так, например, самое сильное взаимодействие наблюдалось при зондировании кремния, а самое слабое — при зондировании свинца.

Предполагается, что в дальнейшем результаты атомно-силовой микроскопии для распознавания отдельных атомов будут обрабатываться так же, как результаты ЯМР, — по сравнению относительных величин. Поскольку точный состав иглы датчика трудно контролировать, абсолютное значение силы между датчиком и различными атомами поверхности зависит от условий эксперимента и марки устройства, а вот отношение этих сил при любом составе и форме датчика остается постоянным для каждого химического элемента.

В 2013 году появились первые примеры использования АСМ для получения изображений отдельных молекул до и после химических реакций: создается «фотосет» из продуктов и полупродуктов реакции, который потом можно смонтировать своего рода документальный фильм (Science , 2013, 340, 6139, 1434–1437; doi: 10.1126/science.1238187 ).

Феликс Фишер и Майкл Кромми из Университета Калифорнии в Беркли нанесли на поверхность серебра 1,2-бис[(2-этинилфенил)этинил]бензол , получили изображение молекул и нагрели поверхность, чтобы инициировать циклизацию. Половина исходных молекул превратилась в полициклические ароматические структуры, состоящие из конденсированных пяти шестичленных и двух пятичленных циклов. Еще четверть молекул образовала структуры, состоящие из четырех шестичленных циклов, связанных через один четырехчленный цикл, и двух пятичленных циклов (рис. 7) . Остальными продуктами были олигомерные структуры и, в незначительном количестве, полициклические изомеры.

Такие результаты дважды удивили исследователей. Во-первых, в ходе реакции образовалось всего лишь два главных продукта. Во-вторых, удивление вызвала их структура. Фишер отмечает, что химическая интуиция и опыт позволяли нарисовать десятки возможных продуктов реакции, однако ни один из них не соответствовал тем соединениям, которые образовывались на поверхности. Возможно, протеканию нетипичных химических процессов способствовало взаимодействие исходных веществ с подложкой.

Естественно, что после первых серьезных успехов в изучении химических связей некоторые исследователи решили применить АСМ для наблюдения более слабых и менее изученных межмолекулярных взаимодействий, в частности водородной связи. Однако в этой области работы еще только начинаются, а результаты их противоречивы. Так, в одних публикациях сообщается, что атомно-силовая микроскопия позволила наблюдать водородную связь (Science , 2013, 342, 6158, 611–614, doi: 10.1126/science.1242603), в других утверждают, что это всего лишь артефакты, обусловленные конструкционными особенностями прибора, а экспериментальные результаты нужно интерпретировать аккуратнее (Physical Review Letters , 2014, 113, 186102, doi: 10.1103/PhysRevLett.113.186102 ). Возможно, окончательный ответ на вопрос, можно ли наблюдать водородные и другие межмолекулярные взаимодействия с помощью атомно-силовой микроскопии, будет получен уже в этом десятилетии. Для этого необходимо еще хотя бы в несколько раз повысить разрешение АСМ и научиться получать изображения без помех (Physical Review B , 2014, 90, 085421, doi: 10.1103/PhysRevB.90.085421 ).

Синтез одной молекулы

В умелых руках и СТМ и АСМ превращаются из приборов, способных изучать вещество, в приборы, способные направленно изменять строение вещества. С помощью этих устройств уже удалось получить «самые маленькие химические лаборатории», в которых вместо колбы используется подложка, а вместо молей или миллимолей реагирующих веществ — отдельные молекулы.

Например, в 2016 году международная группа ученых во главе с Такаси Кумагаи использовала бесконтактную атомно-силовую микроскопию для перевода молекулы порфицена из одной ее формы в другую (Nature Chemistry , 2016, 8, 935–940, doi: 10.1038/nchem.2552). Порфицен можно рассматривать как модификацию порфирина, во внутреннем цикле которого содержится четыре атома азота и два атома водорода. Колебания зонда АСМ передавали молекуле порфицена достаточно энергии для переноса этих водородов от одних атомов азота к другим, и в результате получалось «зеркальное отражение» этой молекулы (рис. 8).

Группа под руководством неутомимого Лео Гросса также показала, что возможно инициировать реакцию отдельно взятой молекулы, — они превратили дибромантрацен в десятичленный циклический диин (рис. 9; Nature Chemistry , 2015, 7, 623–628, doi: 10.1038/nchem.2300 ). В отличие от Кумагаи с соавторами, они использовали сканирующий туннельный микроскоп для активации молекулы, а за результатом реакции следили с помощью атомно-силового микроскопа.

Комбинированное применение сканирующего туннельного микроскопа и атомно-силового микроскопа позволило даже получить молекулу, которую невозможно синтезировать с помощью классических приемов и методов (Nature Nanotechnology , 2017, 12, 308–311, doi: 10.1038/nnano.2016.305 ). Это триангулен — нестабильный ароматический бирадикал, существование которого было предсказано шесть десятилетий назад, но все попытки синтеза были неудачными (рис. 10). Химики из группы Нико Павличека получили искомое соединение, оторвав от его прекурсора два атома водорода с помощью СТМ и подтвердив синтетический результат с помощью АСМ.

Предполагается, что число работ, посвященных применению атомно-силовой микроскопии в органической химии, еще будет расти. В настоящее время все больше ученых пытаются повторить на поверхности реакции, хорошо знакомые «растворной химии». Но, возможно, химики-синтетики начнут воспроизводить в растворе те реакции, которые были первоначально осуществлены на поверхности с помощью АСМ.

От неживого — к живому

Кантилеверы и зонды атомно-силовых микроскопов можно применять не только для аналитических исследований или синтеза экзотических молекул, но и для решения прикладных задач. Уже известны случаи использования АСМ в медицине, например для ранней диагностики рака, и здесь пионером выступает тот самый Кристофер Гербер, который приложил руку к разработке принципа атомно-силовой микроскопии и созданию АСМ.

Так, Герберу удалось научить АСМ определять точечную мутацию рибонуклеиновой кислоты при меланоме (на материале, полученном в результате биопсии). Для этого золотой кантилевер атомно-силового микроскопа модифицировали олигонуклеотидами, которые могут вступать в межмолекулярное взаимодействие с РНК, а силу этого взаимодействия все также можно измерить за счет пьезоэффекта. Чувствительность сенсора АСМ настолько велика, что его уже пытаются применить для изучения эффективности популярного метода редактирования геномов CRISPR-Cas9. Здесь воедино объединяются технологии, созданные разными поколениями исследователей.

Перефразируя классика одной из политических теорий, можно сказать, что мы уже сейчас видим безграничные возможности и неисчерпаемость атомно-силовой микроскопии и вряд ли в силах представить, что ждет нас впереди в связи с дальнейшим развитием этих технологий. Но уже сегодня сканирующий туннельный микроскоп и атомно-силовой микроскоп дают нам возможность увидеть атомы и прикоснуться к ним. Можно сказать, что это не только продолжение наших глаз, позволяющее заглянуть в микрокосм атомов и молекул, но и новые глаза, новые пальцы, способные прикоснуться к этому микрокосму и управлять им.

Когда-нибудь видели атомы? Мы с вами из них состоим, поэтому фактически да. Но видели ли вы когда-нибудь один единственный атом? Недавно удивительная фотография всего одного атома, захваченная электрическими полями, победила в престижном конкурсе научной фотографии, удостоивших высшей награды. На конкурс фото попало под вполне логичным названием «Single Atom in Ion Trap» (Один атом в ионной ловушке), а его автором является Дэвид Надлингер из Оксфордского университета.

Британский Научно-исследовательский совет инженерных и физических наук (EPSRC) объявил победителей своего национального конкурса научной фотографии, среди которых главного приза удостоилось фото одного атома

На фото атом представлен в виде крошечного пятнышка света между двумя металлическими электродами, расположенными на расстоянии около 2 мм друг от друга.

Подпись к фото:

«В центре фотографии видна небольшая яркая точка — один положительно заряженный атом стронция. Он удерживается почти неподвижно электрическими полями, исходящими от окружающих его металлических электродов. При освещении лазером сине-фиолетового цвета атом достаточно быстро поглощает и повторно излучает светлые частицы, благодаря чему обычная камера могла сфотографировать его с длинной выдержкой.»
«Фото было сделано через окно камеры сверхвысокого вакуума, в которой находится ловушка. Охлажденные лазером атомные ионы представляют собой отличную базу для изучения и использования уникальных свойств квантовой физики. Они используются для создания чрезвычайно точных часов или, как в этом случае, в качестве частиц для построения квантовых компьютеров будущего, которые смогут решать задачи, затмевающие сегодняшние даже самые мощнейшие суперкомпьютеры.»

Если вам всё-таки не удалось рассмотреть атом, то вот он

«Идея того, что можно увидеть один атом невооружённым глазом поразила меня до глубины души, являясь своеобразным мостом между крошечным квантовым миром и нашей макроскопической реальностью», — сказал Дэвид Надлингер.

Не пугайтесь заголовка. Чёрная дыра, случайно созданная сотрудниками Национальной ускорительной лаборатории SLAC, получилась размером всего лишь с один атом, так что нам ничто не угрожает. Да и название «чёрная дыра» лишь отдалённо описывает наблюдаемый исследователями феномен. Мы неоднократно рассказывали вам о самом мощном в мире рентгеновском лазере, носящем название

1. Но начнем мы совсем с другой стороны. Прежде чем отправиться в путешествие к глубинам материи, давайте обратим свой взор вверх.

Например, известно, что до Луны в среднем почти 400 тысяч километров, до Солнца — 150 миллионов, до Плутона (который уже не виден без телескопа) — 6 миллиардов, до ближайшей звезды Проксимы Центавра — 40 триллионов, до ближайшей крупной галактики туманности Андромеды — 25 квинтиллионов, и наконец до окраин обозримой Вселенной — 130 секстиллионов.

Впечатляюще, конечно, но разница между всеми этими «квадри-», «квинти-» и «сексти-» не кажется столь уж огромной, хотя они и различаются между собой в тысячу раз. Совсем другое дело микромир. Разве в нем может быть скрыто так уж много интересного, ведь ему просто негде там поместиться. Так говорит нам здравый смысл и ошибается .

2. Если на одном конце логарифмической шкалы отложить самое маленькое известное расстояние во Вселенной, а на другом — самое большое, то посередине окажется… песчинка. Её диаметр — 0.1 мм.

3. Если положить в ряд 400 млрд песчинок, их ряд обогнёт весь земной шар по экватору. А если собрать эти же 400 млрд в мешок, весить он будет около тонны.

4. Толщина человеческого волоса — 50–70 микронам, то есть их 15–20 штук на миллиметр. Для того чтобы выложить ими расстояние до Луны, потребуется 8 триллионов волос (если складывать их не по длине, а по ширине, конечно). Поскольку на голове у одного человека их около 100 тысяч, то если собрать волосы у всего населения России, до Луны хватит с лихвой и даже еще останется.

5. Размер бактерий — от 0.5 до 5 микрон. (-35) метра. Давайте проделаем наш стандартный «увеличительный» эксперимент в последний раз. Квантовая струна становится удобного размера, и мы держим ее в руке как карандаш. При этом нейтрино будет в 7 раз больше Солнца, а атом водорода в 300 раз превысит размеры Млечного Пути.

20. Наконец мы подошли к самой структуре мироздания — масштабу, на котором пространство становится похожим на время, время на пространство, и происходят разные другие причудливые штуки. Дальше уже ничего нет (наверное)…

В эволюции человека нет «недостающего звена»

Термин «недостающее звено» вышел из обращения в научных кругах, так как связан с ошибочным предположением о том, что эволюционный процесс линеен и идёт последовательно, «по цепочке». Вместо этого биологи пользуются термином «последний общий предок».

Интересные факты о Солнечной системе

Фотография атома в электронном микроскопе. Ученые впервые увидели атом «вживую»

Предлагаем оценить снимки финалистов, претендующих на звание« Фотограф года» Королевского фотографического общества. Победителя объявят уже 7 октября, а выставка лучших работ пройдет с 7 октября по 5 января в Музее науки в Лондоне.

Редакция ПМ

«Структура мыльного пузыря», автор Ким Кокс

Мыльные пузыри оптимизируют пространство внутри себя и минимизируют площадь их поверхности для заданного объема воздуха. Это делает их полезным объектом исследования во многих областях, в частности, в области материаловедения. Стенки пузырьков как бы стекают под действием силы тяжести: они тонкие вверху и толстые внизу.

«Разметка на молекулах кислорода», Ясмин Кроуфорд

Снимок входит в последний крупный проект автора в рамках магистерской работе по фотографии в университете Фалмута, где основное внимание уделялось исследованию миалгического энцефаломиелита. Кроуфорд говорит, что создает образы, которые связывают нас с неоднозначным и неизвестным.

«Спокойствие вечности», автор Евгений Самученко

Снимок сделан в Гималаях на озере Госаикунда на высоте 4400 метров. Млечный Путь — это галактика, в которую входит и наша Солнечная система: смутная полоса света на ночном небе.

«Смущенный мучной жук», автор Дэвид Спирс

Этот маленький жук-вредитель заводится зерновых и мучных изделиях. Изображение было получено с помощью сканирующей электронной микрофотографии, а затем окрашено в Photoshop.

«Туманность «Северная Америка», Дэйв Уотсон

Туманность «Северная Америка» NGC7000 — это эмиссионная туманность в созвездии Лебедя. Форма туманности напоминает форму Северной Америки — можно увидеть даже Мексиканский залив.

«Жук-олень», автор Виктор Сикора

Фотограф использовал световую микроскопию с увеличением в пять раз.

«Телескоп Ловелла», автор Мардж Брэдшоу

«Я была очарована телескопом Ловелла в Джодрелл Бэнк с тех пор, как увидела ее на школьной экскурсии», — говорит Брэдшоу. Она хотела сделать несколько более детальных фотографий, чтобы показать его износ.

«Медузы вверх ногами», автор Мэри Энн Чилтон

Вместо того, чтобы плавать, этот вид проводит время, пульсируя в воде. Цвет медуз — результат поедания водорослей.

Атомы в самом большом разрешении

David A. Muller et al. Nature, 2018.

Атомы серы в рекордном разрешении

До сих пор ученые могли только предполагать наличие молекулярных структур. Сегодня же с помощью атомно-силовой микроскопии, отдельные атомные связи (каждая несколько десятков миллионных долей миллиметра длиной), соединяющие молекулу (26 атомов углерода и 14 атомов водорода), можно увидеть довольно четко.

Первоначально, команда хотела работать со структурами из графена, однослойного материала, в котором атомы углерода расположены в виде шестиугольников. Формируя соты углерода, атомы перестраиваются из линейной цепи в шестигранники; эта реакция может давать несколько различных молекул.

Феликс Фишер, химик Калифорнийского университет в Беркли, и его коллеги хотели визуализировать молекулы, чтобы убедиться, что все сделали правильно.

Кольчатая, углеродсодержащая молекула, показанная до и после реорганизации с двумя наиболее распространенными продуктами реакции, проходившей при температуре выше 90 градусов Цельсия. Размер: 3 ангстрема или трех-десяти миллиардная доля метра в поперечнике.

Чтобы задокументировать рецепт графена, Фишеру было необходимо мощное устройство обработки изображений, и он обратился к атомно-силовому микроскопу, который был у Майкла Кромми из лаборатории Калифорнийского университета.

Бесконтактная атомно-силовая микроскопия (NC-AFM) использует очень тонкий и чувствительный датчик, чтобы почувствовать электрическую силу, создаваемую молекулами. Кончик перемещается вблизи поверхности молекулы, испытывая отклонения разными зарядами, создавая образ того, как перемещаются атомы.

Одноатомный кончик бесконтактного атомно-силового микроскопа «прощупывает» поверхность с помощью острой иглы. Игла движется по поверхности исследуемого объекта подобно тому, как игла фонографа проходит по желобкам пластинки. Кроме атомов, возможно «прощупывать» и атомные связи

Так команде удалось не только визуализировать атомы углерода, но и связи между ними, созданные общими электронами. Они поместили кольчатые структуры углерода на серебренную пластину и нагрели ее, чтобы реорганизовать молекулу. Охлажденные продукты реакции, содержали три неожиданных продукта и только одну молекулу, ожидаемую учеными.

Молекула воды Н2О состоит из одного атома кислорода, связанного ковалентной связью с двумя атомами водорода.

В молекуле воды главным действующим лицом является атом кислорода.

Поскольку атомы водорода друг от друга заметно отталкиваются, угол между химическими связями (линиями, соединяющими ядра атомов) водород — кислород не прямой (90°), а немного больше — 104,5°.

Химические связи в молекуле воды – полярные, так как кислород подтягивает к себе отрицательно заряженные электроны, а водород — положительно заряженные электроны. В результате вблизи атома кислорода скапливается избыточный отрицательный заряд, а у атомов водорода — положительный.

Поэтому вся молекула воды является диполем, то есть молекулой с двумя разноименными полюсами. Дипольная структура молекулы воды во многом определяет ее необычные свойства.

Молекула воды – это диамагнетик.

Если соединить прямыми линиями эпицентры положительных и отрицательных зарядов получится объемная геометрическая фигура — тетраэдр. Таково строение самой молекулы воды.

При изменении состояния молекулы воды длина сторон и угол между ними изменяются в тетраэдре.

Например, если молекула воды находится в парообразном состоянии, то угол, образованный ее сторонами, равняется 104°27″. В водном состоянии угол составляет 105°03″. И в состоянии льда угол равен 109,5°.

Геометрия и размеры молекулы воды для различных состояний
а — для парообразного состояния
б — для низшего колебательного уровня
в — для уровня, близкого к образованию кристалла льда, когда геометрия молекулы воды соответствует геометрии двух египетских треугольников с соотношением сторон 3: 4: 5
г — для состояния льда.

Если разделить пополам эти углы, то получим углы:
104°27″: 2 = 52°13″,
105°03″: 2 = 52°31″,
106°16″: 2 = 53°08″,
109,5°: 2 = 54°32″.

Значит, среди геометрических рисунков молекулы воды и льда находится знаменитый египетский треугольник, в основу построения которого заложены соотношения золотой пропорции — длины сторон относятся как 3:4:5 с углом 53°08″.

Молекула воды приобретает строение золотой пропорции на пути, когда вода переходит в лед, и наоборот, когда лед тает. Очевидно, за это состояние и ценится талая вода, когда ее структура в построении имеет пропорции золотого сечения.

Теперь становится понятным, что знаменитый египетский треугольник с соотношением сторон 3:4:5 «взят» из одного из состояний молекулы воды. Сама же геометрия молекулы воды образована двумя египетскими прямоугольными треугольниками, имеющими общий катет равный 3.

Молекула воды, имеющая в основе соотношение золотой пропорции, является физическим проявлением Божественной Природы, которая участвует в создании жизнь. Именно поэтому в земной природе заложена та гармония, которая присуща всему космосу.

И поэтому древние египтяне обожествляли числа 3, 4, 5, а сам треугольник считали священным и старались заложить его свойства, его гармонию в любую конструкцию, дома, пирамиды и даже в разметку полей. Кстати, украинские хаты строились тоже с применением соотношения золотой пропорции.

В пространстве молекула воды занимает некоторый объем, и покрыта электронной оболочкой в виде вуали. Если представить вид гипотетической модели молекулы в плоскости, то она похожа на крылья бабочки, на Х-образную хромосому, в которой записана программа жизни живого существа. И это является показательным фактом того, что сама вода — это обязательный элемент всего живого.

Если представить вид гипотетической модели молекулы воды в объеме, то она передает форму треугольной пирамиды, у которой имеется 4 грани, а у каждой грани по 3 ребра. В геометрии треугольная пирамида называется тетраэдром. Такое строение свойственно кристаллам.

Таким образом, молекула воды образует прочную уголковую структуру, которую она сохраняет даже, когда находится в парообразном состоянии, на грани перехода в лед, и когда превращается в лед.

Если «скелет» молекулы воды так устойчив, то и его энергетическая «пирамида» — тетраэдр тоже стоит непоколебимо.

Такие структурные свойства молекулы воды в различных условиях объясняются прочными связями между двумя атомами водорода и одним атомом кислорода. Эта связь примерно в 25 раз сильнее, чем связь между соседними молекулами воды. Поэтому легче отделить одну молекулу воды от другой, например, при нагревании, чем разрушить саму молекулу воды.

За счет ориентационных, индукционных, дисперсионных взаимодействий (сил Ван-дер-Ваальса) и водородных связей между атомами водорода и кислорода соседних молекул молекулы воды способны образовывать как случайные ассоциаты, т.е. не имеющие упорядоченной структуры, так и кластеры – ассоциаты, имеющие определенную структуру.

Согласно статистическим данным, в обычной воде находится случайных ассоциатов — 60% (деструктурированная вода) и кластеров — 40% (структурированная вода).

В результате исследований, проведенных российским ученым С. В. Зениным, были обнаружены стабильные долгоживущие кластеры воды.

Зенин установил, что молекулы воды первоначально образуют додекаэдр. Четыре додекаэдра соединяясь, образует основной структурный элемент воды — кластер, состоящий из 57 молекул воды.

В кластере додекаэдры имеют общие грани, а их центры образуют правильный тетраэдр. Это объёмное соединение молекул воды, в том числе гексамеров, которое имеет положительные и отрицательные полюса.

Водородные мостики позволяют молекулам воды объединяться самыми различными способами. Благодаря этому в воде наблюдается бесконечное разнообразие кластеров.

Кластеры могут взаимодействовать друг с другом за счет свободных водородных связей, что приводит к появлению структур второго порядка в виде шестигранников. Они состоят из 912 молекул воды, которые практически не способны к взаимодействию. Время существования такой структуры весьма велико.

Эту структуру, похожую на маленький острый кристаллик льда из 6 ромбических граней, С. В. Зенин назвал «основным структурным элементом воды”. Многочисленные эксперименты подтвердили; в воде — мириады таких кристалликов.

Эти кристаллики льда почти не взаимодействуют друг с другом, поэтому не образуют более сложных устойчивых конструкций и легко скользят гранями относительно друг друга, создавая текучесть. В этом смысле вода напоминает переохлажденный раствор, который никак не может кристаллизоваться.

81714-21: АТОМ ИС Системы измерительные с автоматической фото- видеофиксацией

Назначение

Системы измерительные с автоматической фото- видеофиксацией «АТОМ ИС» (далее -Системы) предназначены для определения значений текущего времени измерений относительно национальной шкалы координированного времени UTC(SU), определения координат местоположения Систем, измерения скорости движения транспортных средств (далее — ТС) в зоне контроля Систем и на контролируемых участках дорог, измерения расстояния до ТС и угла на ТС в зоне контроля Систем в автоматическом режиме.

Описание

Принцип действия Систем, при определении значений текущего времени измерений и координат местоположения Систем основан на получении и обработке данных от встроенного в Систему приемника сигналов глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS и синхронизации шкалы времени Системы с национальной шкалой координированного времени UTC(SU) с последующей автоматической записью измеренных значений времени, координат и других результатов измерений в сохраняемые фото- и видеокадры, формируемые Системой.

Принцип действия Систем, при измерении скорости движения ТС в зоне контроля, основан на измерении разности частот высокочастотных сигналов при отражении от движущегося ТС, находящегося в зоне контроля Системы (эффект Доплера).

Принцип действия Систем, при измерении расстояния до ТС в зоне контроля, основан на измерении разности фаз отраженных сигналов на различных несущих частотах.

Принцип действия Систем, при измерении угла на ТС основан на измерении разности фаз отраженных сигналов, принятых пространственно-разнесенными антеннами.

Принцип действия Систем, при измерении скорости движения ТС на контролируемых участках дорог основан на определении интервалов времени, за которые ТС преодолевает известное расстояние.

Системы производятся в трёх вариантах исполнений: интегрированном, дискретном и комбинированном. Варианты исполнения Систем отличаются способами их размещения, используемыми аппаратными блоками и метрологическими характеристиками.

Системы в интегрированном варианте исполнения предназначены как для работы в непрерывном режиме и стационарном размещении на опорах, стойках и других элементах обустройства автомобильных дорог, так и для работы в течение ограниченного промежутка времени в передвижном размещении на специальных конструкциях (штативах, треногах, вышках, на базе транспортных средств). Системы в дискретном и комбинированном вариантах исполнения предназначены для работы в непрерывном режиме при стационарном размещении.

В зависимости от варианта исполнения в состав Систем входят: интегрированные измерительные блоки (маркировка — «IB»), видеоблоки (маркировка — «VB»), вычислительные блоки (маркировка — «CB»).

Конструктивно интегрированные измерительные блоки, видеоблоки и вычислительные блоки выполнены в ударопрочных пылевлагозащищенных корпусах с установленными герметичными разъемами для подключения внешних устройств.

Интегрированный измерительный блок («IB») содержит: видеокамеру, вычислительный модуль, приемник глобальных спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС/GPS, накопители данных, модуль управления, системы электропитания и термостабилизации. Интегрированный измерительный блок имеет четыре варианта исполнения: «IB-RP», «IB-RI», «IB-Р», «IB-I», отличающиеся наличием в своем составе радиолокационного модуля и метрологическими характеристиками.

Видеоблок («VB») содержит: видеокамеру, системы электропитания и термостабилизации. Видеоблок имеет пять вариантов исполнения: «VB-Р», «VB-I», «VB-uP», «VB-uI» и «VB-S», отличающихся конструктивным исполнением и метрологическими характеристиками.

Вычислительный блок («CB») содержит: вычислительный модуль, приемник глобальных спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС/GPS, накопители данных, модули управления, системы электропитания и термостабилизации. Вычислительный блок имеет два варианта исполнения «CB-1» и «CB-2», отличающиеся конструктивным исполнением.

Измерения скорости движения ТС в зоне контроля, расстояния до ТС и угла на ТС производятся Системами при стационарном или передвижном размещении и имеющими в составе интегрированные измерительные блоки исполнений «IB-RP», «IB-RI».

Измерения скорости движения ТС на контролируемых участках дорог производятся Системами при стационарном размещении и имеющими в составе интегрированные измерительные блоки исполнений «IB-RP», «IB-Р» или видеоблоки «VB-Р», «VB-uP».

Общий вид и места пломбирования блоков Систем представлен на рисунке 1.

Место нанесения маркировки знака утверждения типа

Вычислительный блок CB-1

Вычислительный блок CB-2

Место

пломбирования

Видеоблок исполнений VB-P, VB-I

Место
пломбирования

Видеоблок исполнения VB-S

Видеоблок исполнений VB-uP, VB-uI

Рисунок 1 — Общий вид и места пломбирования блоков Системы.

Программное обеспечение

Программное обеспечение Системы «Binom» содержит метрологически значимую часть «metrol.so». Метрологически значимая часть программного обеспечения «Binom» обеспечивает определение значений текущего времени измерений относительно национальной шкалы координированного времени UTC(SU), определения координат местоположения Систем, измерения скорости движения транспортных средств (далее — ТС) в зоне контроля Систем и на контролируемых участках дорог, измерения расстояния до ТС и угла на ТС в зоне контроля Систем в автоматическом режиме.

Уровень защиты ПО «высокий» в соответствии с Р 50.2.077-2014

Таблица 1- Идентификационные данные метрологически значимой части ПО

Идентификационные данные (признаки)	Значение
Идентификационное наименование ПО	metrol.so
Номер версии (идентификационный номер) ПО	1. 0.0
Цифровой идентификатор ПО (контрольная сумма исполняемого кода)	36c5a6ee183345a8d3d0722170dee70e
Алгоритм вычисления идентификатора ПО	MD5

Таблица 2 — Метрологические характеристики

Наименование характеристики	Значение характеристики
Пределы допускаемой абсолютной погрешности синхронизации внутренней шкалы времени относительно шкалы UTC (SU), нс	±100
Пределы допускаемой абсолютной погрешности присвоения времени видеокадру относительно шкалы UTC (SU), мс: — для интегрированных измерительных блоков исполнений «IB-RI», «IB-I», видеоблоков исполнений «VB-I», «VB-uI», «VB-S»: — для интегрированных измерительных блоков исполнений «IB-RP», «IB-P», видеоблоков исполнений «VB-P», «VB-uP»:	±1000 ±1
Допускаемые границы абсолютной инструментальной погрешности (при доверительной вероятности 0,95) определения координат местоположения Системы в плане в статическом режиме при геометрическом факторе PDOP не более 3, м — в автономном режиме — с использованием дифференциального режима SBAS	±5 ±1,5
Диапазон измерений скорости движения ТС на контролируемом участке дороги, км/ч	от 0 до 350
Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерений скорости движения ТС на контролируемом участке дороги: — в диапазоне от 0 до 200 км/ч включ, км/ч — в диапазоне свыше 200 до 300 км/ч включ, км/ч — в диапазоне свыше 300 до 350 км/ч включ, км/ч	±1 ±2 ±3
Диапазон измерений скорости движения ТС в зоне контроля, км/ч (для интегрированных измерительных блоков исполнений «IB-RP», «IB-RI»)	от 1 до 350
Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерений скорости в зоне контроля, км/ч (для интегрированных измерительных блоков исполнений «IB-RP», «IB-RI»)	±1
Диапазон измерений расстояния до ТС, м (для интегрированных измерительных блоков исполнений «IB-RP», «IB-RI»)	от 1 до 100
Пределы абсолютной погрешности измерений расстояния до ТС, м (для интегрированных измерительных блоков исполнений «IB-RP», «IB-RI»)	±1
Диапазон измерений угла на ТС, ° (для интегрированных измерительных блоков исполнений «IB-RP», «IB-RI»)	±22
Пределы абсолютной погрешности измерений угла на ТС, ° (для интегрированных измерительных блоков исполнений «IB-RP», «IB-RI»)	±1

Наименование характеристики	Значение характеристики
Минимальная протяженность контролируемого участка дороги, м	100
Условия эксплуатации: — температура окружающей среды, °С — относительная влажность при температуре 35 °С, %, не более — атмосферное давление, кПа	от -60 до +60 98 от 60 до 106,7
Напряжение питания от сети постоянного тока, В	от 10 до 24
Напряжение питания от сети переменного тока, В Частота переменного тока, Гц (для вычислительных блоков CB-1, CB-2)	от 85 до 300 50±1
Потребляемая электрическая мощность, Вт, не более:
— интегрированный измерительный блок, исп. IB-P, IB-I, IB-RP,
IB-RI	18
— видеоблок, исп. VB-P, VB-I	25
— видеоблок, исп. VB-uP, VB-uI	15
— видеоблок, исп. VB-S	40
— вычислительный блок CB-1	300
— вычислительный блок CB-2	30
Габаритные размеры, мм, не более
а) интегрированный измерительный блок, исп. IB-P, IB-I, IB-RP,
IB-RI
— длина	260
— ширина	285
— высота	170
б) видеоблок, исп. VB-P, VB-I
— длина	440
— ширина	120
— высота	110
в) видеоблок, исп. VB-uP, VB-uI
— длина	200
— ширина	100
— высота	100
г) видеоблок, исп. VB-S
— длина	220
— ширина	220
— высота	350
д) вычислительный блок CB-1
— длина	260
— ширина	420
— высота	720
е) вычислительный блок CB-2
— длина	150
— ширина	200
— высота	300

Наименование характеристики	Значение характеристики
Масса, кг, не более — интегрированный измерительный блок, исп. IB-P, IB-I, IB-RP, IB-RI	5
— видеоблок, исп. VB-P, VB-I	3
— видеоблок, исп. VB-uP, VB-uI	3
— видеоблок, исп. VB-S	4,3
— вычислительный блок CB-1	35
— вычислительный блок CB-2	6

Знак утверждения типа

наносится фотохимическим способом на шильду, расположенную на корпусе интегрированного вычислительного блока или вычислительного блока Системы, а также типографским способом на титульный лист формуляра 4278-001-13188666-2020 ФО.

Комплектность

Таблица 4

Наименование	Обозначение	Количество
Система измерительная с автоматической фотовидеофиксацией «АТОМ ИС» в составе:		1
Интегрированный вариант исполнения
Интегрированный измерительный блок (исп. IB-RP или IB-RI или IB-P или IB-I)		1*
Дискретный вариант исполнения
Видеоблок (исп. VB-P или VB-uP или VB-I или VB-uI или VB-S)		1*
Вычислительный блок (исп. CB-1 или CB-2)		1*
Комбинированный вариант исполнения
Интегрированный измерительный блок (исп. IB-RP или IB-RI или IB-P или IB-I)		1*
Вычислительный блок (исп. CB-1 или CB-2)		1*
Видеоблок (исп. VB-P или VB-uP или VB-I или VB-uI или VB-S)		1*
Комплект документов
Система измерительная с автоматической фотовидеофиксацией «АТОМ ИС». Формуляр	4278-001 13188666-2020 ФО	1
ГСИ. Системы измерительные с автоматической фото- видеофиксацией «АТОМ ИС». Методика поверки	4278-001 13188666-2020 МП	1
Система измерительная с автоматической фотовидеофиксацией «АТОМ ИС». Руководство по эксплуатации	4278-00113188666-2020 РЭ	1
* — количество может быть увеличено по заказу

Сведения о методах измерений

приведены в разделе 1 документа 4278-001-13188666-2020 РЭ «Система измерительная с автоматической фото- видеофиксацией «АТОМ ИС». Руководство по эксплуатации».

Нормативные документы

Государственная поверочная схема для средств измерений времени и частоты. Приказ Росстандарта № 1621 от 31.07.2018 г.

Системы измерительные с автоматической фото- видеофиксацией «АТОМ ИС». Технические условия 4278-001-13188666-2020 ТУ.

Фотография атома стронция в ионной ловушке победила на конкурсе научной фотографии / Хабр

«Один атом в ловушке». Конкурсная работа Дэвида Надлингера из Оксфордского университета. На фотографии оригинального размера можно рассмотреть светлую точку посреди ловушки. Это атом стронция, повторно излучающий фотоны при подсветке лазером. Фото: David Nadlinger/University of Oxford/EPSRC Photography Competition 2017

Фотография положительно заряженного атома стронция в ловушке из неподвижных электрических полей победила на пятом ежегодном конкурсе научной фотографии, организованном Научно-исследовательским советом инженерных и физических наук Великобритании (EPSRC).

Прелесть этой фотографии в том, что один атом сфотографирован обычной цифровой камерой. При подсветке сине-фиолетовым лазером атом поглощает и повторно излучает фотоны света достаточно быстро, чтобы обычная камера сумела зафиксировать это на длинной выдержке. Электрические поля ловушки генерируются металлическими электродами. Расстояние между ними на фотографии — два миллиметра.

Охлаждённые лазером атомные ионы представляют собой идеальную платформу для изучения уникальных свойств квантовой физики. Они также служат чрезвычайно точными атомными часами и сенсорами. Возможно, в будущем их будут использовать в квантовых компьютерах, которые на порядок превосходят производительность современных суперкомпьютеров в определённых типах задач.

Снимок сделан через окно камеры сверхвысокого вакуума, в которой находится ионная ловушка. Автор фотографии — Дэвид Надлингер (David Nadlinger) из Оксфордского университета.

«Меня поразила идея, что атом виден невооружённым глазом, — говорит учёный и автор фотографии. — Это представляет собой чудесную прямую и интуитивную взаимосвязь между миниатюрным квантовым миром и нашей макроскопической реальностью. Быстрый расчёт на салфетке показал, что цифры на моей стороне, и в один спокойный воскресный день я отправился в лабораторию с камерой и треногами — и был вознагражден этой конкретной фотографией с маленькой бледно-голубой точкой».

Конкурс проводился в пяти категориях, в каждой из которых определялись трое призёров. Работа Дэвида Надлингера взяла главный приз и 1-е место в категории «Оборудование и аппаратура». Ниже перечислены победители в остальных категориях.

Фото: Li Shen/Imperial College London/EPSRC Photography Competition 2017

Фотография узора, который образуется на мыльной пене в кухонной раковине. Две разноцветные части изображения демонстрируют физический феномен образования и поведения пузырьков в субстратах вроде моющих жидкостей и газированных напитков. На снимке видно, как начинается процесс лопания пузырька, когда две части пены начинают проникать друг в друга. Фотография называется «На кухне далеко-далеко» (In a Kitchen Far, Far Away), что напоминает первую фразу в подводке к космической опере «Звездные войны». Автор — Ли Шен (Li Shen) из Имперского колледжа Лондона

Фото: Estelle Beguin/University of Oxford/EPSRC Photography Competition 2017

«Микропузырёк для доставки лекарства» — работа Эстель Бегуин (Estelle Beguin) из Оксфордского университета, которая победила в категории «Инновации». Такие микропузырьки состоят из газа и биосовместимой оболочки. Они используются для усиления контраста ультразвуковых диагностических изображений. Сейчас изучается возможность их применения в терапевтических целях и для точной доставки лекарств в определённые участки тела человека, например, к раковым опухолям. На изображении с микроскопа показан пузырёк микронных размеров, покрытый липосомами, содержащими препарат. Липосомы имеют нанометровые размеры. Отрезок масштабной шкалы на фотографии равен 2 мкм, то есть диаметр всего пузырька — примерно 5 мкм. Система доставки лекарств включает в себя контролируемую транспортировку и выпуск лекарства в конкретном месте.

Фото: Mr Richard Coyne/University of Edinburgh/EPSRC Photography Competition 2017

Фотография под названием «Человек-паук на мосту Георга Четвёртого» сделана учёными из Эдинбургского университета во время испытания мобильного электроэнцефалографа (ЭЭГ). Доброволец по кличке Человек-паук — один из 95 участников эксперимента в возрасте старше 65 лет, на которых изучали реакцию мозга на различные типы городской среды: от автомобильных дорог до тихих парков. По результатам эксперимента учёные выяснили, что разная городская среда вызывает разный эмоциональный отклик у человека. Это можно использовать в урбанистике для более продуманного городского планирования.

Фото: Bernice Akpinar/Imperial College London/EPSRC Photography Competition 2017

«Природная наноразмерная сеть для захвата цвета» — работа Бернис Акпинар (Bernice Akpinar) из Имперского колледжа Лондона. На фотографии под атомным силовым микроскопом снят фрагмент крыльев бабочки. Они покрыты нанометровой структурой для отражения солнечного цвета на разных длинах волны. Из-за этого эффекта в видимом диапазоне кажется, что крылья бабочки переливаются разными цветами.

Фотографии остальных призёров можно посмотреть здесь.

Atom — Bilder und Stockfotos

215.776Bilder

Bilder
Fotos
Grafiken
Vektoren
Videos

AlleEssentials

Niedrigster Preis

Signature

Beste Qualität

Durchstöbern Sie 215.

776 atom Stock-Fotografie und Билдер. Odersuchen Sie nach molekül oder dna, um noch mehr faszinierende Stock-Bilder zu entdecken.

модель атома и элемента. физик-концепт. 3D-образ изображения. — стоковые фотографии и изображения атома

Modell der Atom- und Elementarteilchen. Физик-Концепт. 3D-Gerende

Китайский флаг с ракеткой. Китай атомракетенангрифф. — атом фото и фотографии

Флаг Китая с Raketen. Китай Атомракетенангриф.

atomkraftwerk mit dumpfenden, kühltürme und canola field — atom stock-fotos und bilder , -мультики и -символ

Atom-Molekül-Vektorsymbol

Tilt Schuss von Zwei Damf Kühltürme mit Blue Himmel — atom stock-fotos und Bilder Cartoons und -symbole

Ionisierende Strahlung Symbol Achtung Gefahr Warnzeichen

übergang — стоковые фотографии и изображения атома

Übergang

Radioaktiver abfall ich — атомные стоковые фотографии и изображения

Radioaktiver Abfall ich

абстрактная наномолекулярная структура — атом стоковые фотографии и изображения

абстрактная наномолекулярная структура

lineo editable stroke — power- und energieliniensymbole — атом stock-grafiken, -clipart, -cartoons und -symbole

Lineo Editable Stroke — Power- und Energieliniensymbole metal

с радиоаккумулятором — стоковые фото и фотографии атома

Rostige Metall с радиоаккумулятором

предупреждает о ядерном излучении.

— атомная графика, -клипарт, -мультфильмы и -символ

Предупреждение о ядерном излучении.

zeichen der radioaktiven gefahr an einer betonwand — atom stock-fotos und bilder

zeichen der radioaktiven gefahr an einer betonwand

atomkraftwerk grohnde mit blauem himmel — atom stock-fotos und bilder

Atomkraftwerk Grohnde würndchelts handbelt 3 9000 Himmel 9000 «атомаусстиг» в «атоминстиг». — atom stock-fotos und bilder

Hand würfelt und ändert das deutsche Wort «Atomausstieg» in «Atome

großer nuklearer trägerraketen-lkw der black group» — atom stock-fotos und bilder

großer nuklearer Trägerraketen-LKW der Black Group

atomkern mit elektronen — atom stock-fotos und bilder

Atomkern mit Elektronen

molekülstruktur — atom stock-fotos und bilder

Molekülstruktur

nano molecules hintergrundstockfoto — atom stock-fotos und bilder

Nano Molecules Hintergrundstockfoto

Stillgelegtes Kernkraftwerk — стоковые фото и фотографии атома

Stillgelegtes Kernkraftwerk

атомная структура, анатомия, модель.

атом лучший из самых древних: протонов, электронов, нейтронов. керн. электронная орбитальная форма. красный, синий, зеленый кугель. abbildungsvector — атомная графика, клипарт, мультфильмы и символы

Атомструктура, Анатомия, Модель. Atome bestehen aus drei…

атом — атом сток-фотографии и бильдератом и молекулярный набор иконок. химическая структура, линейный символ. linie mit editierbaren schlaganfall — атомная графика, клипарт, мультфильмы и символы

Atome und Moleküle-Icon-Set. chemische Strukturen, lineare…

литий-атом — атом сток-графика, -клипарт, -мультфильмы и -символ

Литий-атом

schutz vor einem atomkrieg — атом сток-фотографии и изображения

Schutz vor einem Atomkrieg

entsorgung von radioaktiven abfällen fässer. 3D аббилдунг gerendert. — атомные стоковые фотографии и изображения

Entsorgung von radioaktiven Abfällen Fässer. 3D Abbildung…

molekül flache glyphensymbole gesetzt. chemiewissenschaft, молекулярная структура, химическая рабочая ДНК-цель-белок-вектор-иллюстрация.

zeichen wissenschaftliche forschung. силуэт пиктограмма пиктограмма совершенный 64×64 — атом сток-графика, -клипарт, -мультфильмы и -символ

Molekül flash Glyphensymbole gesetzt. Химическая промышленность,…

hand mit atomkern und elektronensymbol — atom stock-fotos und bilder

Hand mit Atomkern und Elektronensymbol

anti-nuclear power flagge — atom stock-fotos und bilder

Anti-nuclear power Flagge

vektor glänzende neon light atom-modell — atom stock- grafiken, -clipart, -cartoons und -symbole

Векторные блестящие неоновые огни атом-модель

молекула в жидком пузыре — атом стоковые фотографии и изображения

молекула в жидком пузыре

взрыв атомной бомбы — атомный — атом стоковые фотографии и изображения

Atombombe Explosion — Atompilz

баллистический флюгкерпер sprengköpfe auf einen russischen raketenwerfer в Белграде, сербия, и einem sonnigen nachmittag. — атомные стоковые фотографии и изображения

Баллистические флюгкёрперы на русском языке. ..

векторные изображения кернкрафтверкс — рохре мит раух- унд страхлунгсцейхен. — атомная графика, -клипарт, -мультфильмы и -символ

Vektordarstellung eines Kernkraftwerks — Rohre mit Rauch- und…

kernkraftwerk — атомная фотография и изображения

Kernkraftwerk

staubschwarze atombombe atomwaffe atomwaffe — атомные стоковые фото и фотографии — фото и фотографии атома

Kernkraftwerk mit Einbruch der Dämmerung Landschaft.

энергия — набор векторных иконок dünne linie . пиксель идеальный. беарбейтбарер контур. das set enthält symbole: solarenergie, windkraft, erneuerbare energien, wasserkraft, wasserstoff, grüne technologie. — атомный сток-график, -клипарт, -мультфильмы и -символ

ЭНЕРГИЯ — набор векторных иконок dünne Linie. Pixel perfekt….

ein kernkraftwerk neben einem wald. — атом фото и фотографии

Ein Kernkraftwerk neben einem Wald.

Componenten des Kernreaktors — atom stock-grafiken, -clipart, -cartoons und -symbole

Componenten des Kernreaktors

atom-struktur-abbildung — atom Stock-grafiken, -clipart, -cartoons und -symbole

Atom-Struktur-Abbildung

atomkraftwerk Gröhnde mit Dampf Kühltürme — стоковые фото и фотографии атома

Atomkraftwerk Grohnde mit Dampf Kühltürme

kernkraftwerk kühlung turm низкополигональная.

3D рендеринг ökologie verschmutzung speichern planet umwelt konzept dreieck polygonalen. Радиоактивный кернреактор-стром-вектор-иллюстрация — атомная графика, -клипарт, -мультфильмы и -символ

Kernkraftwerk Kühlung Turm low-Poly. 3D Render Ökologie…

atombombenexplosion, 3d-рендеринг — фото и изображения атома

Atombombenexplosion, 3D-рендеринг0003 wassermolekülmodell. — фото и фотографии атома

Wassermolekülmodell.

abstrakte wissenschaft kreis globales netzwerkverbindung in die hände auf sonnenuntergang hintergrund — атомные стоковые фотографии и изображения токамак. Международный термоядерный сверхреактор. — атомные стоковые фотографии и изображения

Термоядерный реактор ИТЭР. Токамак. Международный…

крафт и энергия — атом сток-графика, -клипарт, -мультфильмы и -символ

Kraft und Energie

kernkraftwerk mit zwei weißen dumpfenden kühltürmen und klarem blauem himmel. -Atom Stock-fotos und Bilder

Kernkraftwerk Mit Zwei Weißen Dampenden Kühltürmen und Klarem . ..

Bohr-Modell des vesserstoffatoms mit undektron-atom stock-fotos und bilder

bohr-mitell nonsersersoftoms mitslon nondelon nondelon nondrelon nondrelon nondrehlon nondhlon nondhr schhornsteine neben weizenfeld mit teilweise bewölktem himmel in der provinz kurdistan, iran — atom стоковые фото и фотографии

Kernkraftwerkskühltürme, große Schornsteine neben Weizenfeld mit…

kaliumjodid-tabletten zur anwendung bei radioaktiver kontamination und strahlenzeichen auf blauem grund. der name des arzneimittels steht auf der schachtel. — атомные стоковые фотографии и изображения

Kaliumjodid-Tabletten zur Anwendung bei radioaktiver…

Иран: kernkraft — атомные стоковые фотографии и изображения

Иран: Kernkraft

mitte jahrhundert moderne nahtlose muster — атомные стоковые изображения, клипарты, мультфильмы и -символ

Mitte Jahrhundert moderne nahtlose Muster

kraftwerk in der dämmerung — atom stock-fotos und bilder

Kraftwerk in der Dämmerung

viele molekulare auf blauem hintergrund — atom stock-fotos und bilder

Viele molekulare auf blauem Hintergrund

gruppe von atomwaffen und strahlungssymbol auf russland Карты на русском языке flaggenfarben — atom стоковые фотографии и изображения

Gruppe von Atomwaffen und Strahlungssymbol auf Russland Карты в. ..

nuklear — атомные стоковые графики, -клипарты, -мультфильмы и -символы

NUCLEAR

фон 100

Ученые получили изображение атомов с самым высоким разрешением

Атомы, снятые с самым высоким разрешением

Ученые из Корнельского университета построили мощный детектор, который зафиксировал изображение атомов с самым высоким разрешением — разрушив мир рекорд той же группы был установлен в 2018 году.

В 2018 году команде удалось утроить разрешение современного электронного микроскопа.

Однако этот подход работал только с ультратонкими образцами толщиной в несколько атомов.

Теперь команда побила свой собственный рекорд в два раза с детектором массива пикселей электронного микроскопа, который включает в себя еще более сложные алгоритмы трехмерной реконструкции.

Разрешение настроено таким образом, что единственное оставшееся размытие — это тепловое колебание самих атомов.

Теперь команда говорит, что они могут легко выяснить, где находятся атомы. Это открывает возможности для проведения нового набора измерений, которые решат многие давние проблемы в физике.

Эта новейшая форма электронной птихографии позволит ученым обнаруживать отдельные атомы во всех трех измерениях, когда они могли бы быть скрыты с помощью других методов визуализации.

Исследователи также смогут находить примесные атомы в необычных конфигурациях и отображать их и их вибрации по одному за раз.

Это может быть особенно полезно для визуализации полупроводников, катализаторов и квантовых материалов, в том числе используемых в квантовых вычислениях, а также для анализа атомов на границах, где материалы соединяются друг с другом. Подробнее здесь

Читайте также: Пчелы могут определять точное время по температурным циклам внутри улья, нашли исследователи слепой пациент, генетически изменив свои клетки, чтобы они производили больше светочувствительных белков.

Метод, известный как оптогенетика, был разработан в области нейробиологии за последние 20 лет.

В некоторых случаях слепоты, известных как наследственные заболевания фоторецепторов, светочувствительные клетки сетчатки, использующие белки для доставки визуальной информации в мозг через зрительный нерв, постепенно дегенерируют.

Команда начала лечение мужчины, потерявшего зрение из-за наследственного заболевания фоторецепторов 40 лет назад, с использованием методов оптогенеза.

Это включало инъекции в его глаз вместе со светоизлучающими очками, которые преобразовывали изображения видимого мира в световые импульсы, проецируемые на сетчатку в режиме реального времени.

В конечном итоге им удалось частично восстановить зрение 58-летнего пациента, позволив ему распознавать, считать, находить и прикасаться к различным предметам, разложенным на столе перед ним.

Однако пройдет некоторое время, прежде чем эта терапия сможет быть предложена пациентам. Подробнее здесь

Обезьяны перенимают акцент других видов, чтобы избежать конфликтов
В новом исследовании ученые обнаружили, что обезьяны улавливают «акцент» другого вида, когда они входят на их территорию, чтобы помочь им лучше понимать друг друга и потенциально избегать конфликтов.
Исследование впервые показало такое поведение у приматов.
Исследователи из Университета Англии Раскин (ARU) изучили поведение 15 групп пестрых тамаринов (Saguinus bicolor) и тамаринов с поличным (Saguinus midas) в бразильской Амазонии.
Пестрые тамарины находятся под угрозой исчезновения и имеют один из самых маленьких ареалов обитания среди всех приматов в мире, большая часть которого находится вокруг города Манаус, в то время как тамарины с поличным водятся по всему северо-восточному региону Амазонки.
Исследователи обнаружили, что когда группы красноруких тамаринов заходили на территорию, общую с пестрыми тамаринами, краснорукие тамарины перенимали длинные крики, используемые пестрыми тамаринами.
Тамарины с поличным обладают большей голосовой гибкостью и чаще кричат, чем пестрые тамарины, и ученые полагают, что они могут изменять свои крики, чтобы избежать территориальных споров из-за ресурсов. Подробнее читайте здесь
Читайте также: Индийские прыгающие муравьи сжимают свой мозг, пытаясь стать королевой
Мир, вероятно, станет на 1,5 градуса Цельсия жарче в ближайшие пять лет
Мир, вероятно, станет на 1,5 градуса Цельсия жарче по крайней мере один раз в следующие пять лет, нарушив нижний из двух температурных пределов, установленных Парижским Соглашение об изменении климата.
Исследование, опубликованное Всемирной метеорологической организацией (ВМО), показало, что к 2025 году существует 40-процентная вероятность того, что хотя бы один год будет на 1,5 градуса по Цельсию жарче, чем доиндустриальный уровень.
Анализ основан на моделировании Метеорологического бюро Великобритании и исследователей климата в 10 странах, включая США и Китай.
В последнее десятилетие было подсчитано, что вероятность того, что какой-либо год достигнет порогового значения 1,5°C, составляла всего 20 процентов. Эта новая оценка ставит этот риск в 40 процентов. Подробнее читайте здесь
Гигантская черепаха, считавшаяся вымершей столетие назад, все еще существует
Гигантская черепаха, найденная в 2019 году на Галапагосских островах, относится к виду, считавшемуся вымершим столетие назад.
Эквадор подтвердил, что Галапагосский национальный парк в настоящее время готовит экспедицию для поиска новых гигантских черепах в попытке спасти вид.
В 2019 году черепаху нашли во время экспедиции в Эквадоре.
Используя генетические исследования, ученые из Йельского университета идентифицировали его как вид Chelonoidis phantasticus, считавшийся вымершим более века назад.
Сравнение ДНК проводилось с использованием образца, извлеченного в 1906.
Галапагосские острова — родина множества видов — также послужили основой для теории британского ученого Чарльза Дарвина об эволюции видов в 19 веке.
Здесь также обитает большое разнообразие флоры и фауны, которым грозит исчезновение. Подробнее здесь
Читайте также: Самая старая вода в мире обнаружена в Канаде, исследователи из Оксфорда говорят, что ей 1,6 миллиарда лет Скачать бесплатные изображения на Unsplash 500+ Atom Pictures [HD] | Download Free Images on Unsplash
A framed photoPhotos 175
A stack of photosCollections 1.3k
A group of peopleUsers 82
science
molecule
accessory
background
sphere
planet
technology
современный
знак высокого напряжения
технологии
черный цвет
плазма
Hd синие обои
pulb
Light backgrounds
composition
Hd pattern wallpapers
sphere
element
Hq background images
Texture backgrounds
Hd abstract wallpapers
Hd color wallpapers
domestic life
elementary student
фотография
cern
коллайдер
лаборатория
маска
атомы
маски
Hd 3d обои
Объект
Hd обои
–––– –––– –––– – –––– –––– –– – –– –––– – – –– ––– –– – ––– – –.
science
energy
healing
colorful
Hd black wallpapers
Hd dark wallpapers
digital image
Space images & pictures
distant
back to school
ukraine
render
structure
молекула
генетический код
engineering
molecular biology
futuristic
Hd geometric wallpapers
global
ball
network
web
Hd grey wallpapers
lab
research
Related collections
ATOM
129 photos · Куратор таня димитракопулу
Atom
100 фото · Куратор Клио Кристопулу
Atom
28 фото · Куратор Мелоди Кларк
частица
Bubble
Жидкость
Датирование
В начальной школе
8-9 лет
Знак высокого напряжения
Технология
Черный цвет
Свет
HD Patterppers WallPes
структура
молекула
футуристический
геометрические обои Hd
глобальный
шар
сеть
сеть
Hd grey wallpapers
lab
research
dating
elementary school
8-9 years
science
energy
healing
plasma
Hd blue wallpapers
pulb
distant
back в школу
украина
текстурные фоны
абстрактные обои
цветные обои
cern
коллайдер
лаборатория
частица
пузырь
жидкость
Hd 3d обои
объект
Hd обои
–––– –––– –––– ––––– –––– –– – –– –––– – – –– ––– –– –––– – –.
Красочные
HD Черные обои
HD Темные обои
Цифровое изображение
Пространственные изображения и изображения
Сфера
Элемент
Фоновые изображения
Генетический код
Разработка
0002 Молекулярная биология
Связанные коллекции
Atom
129 Фотографии · Куратор Tanya Dimitrakopoulou
Atom
100 Фото студент
фотография
маска
атомы
маски
Логотип Unsplash
Unsplash+В сотрудничестве с Getty Images
Unsplash+
Разблокировка
Знак высокого напряжения
Технология
Черный цвет
Хэл Гейтвуд
Наука
Энергия
Лечение
––––––––––––––––– –– –– – –– –––– – – –– ––– –– –––– – –.
Terry Vlisidis
разноцветные
Hd черные обои
Hd темные обои
Zoltan Tasi
плазма
Hd синие обои
2bert Kowcow
pulb
03
Цифровое изображение
Пространственные изображения и картинки
Ricardo Gomez Angel
Фоны света
Композиция
HD Patter в школу
украина
GuerrillaBuzz Crypto PR
сфера
элемент
Hq фоновые изображения
GuerrillaBuzz Crypto PR
Render
Структура
Молекула
Joel Filipe
Фоны текстур
HD Abstract Walpapers
HD Colorpapers
Molecolgic
Genetic
Moleclgic
ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД
MOLOHOLGIC
ГЕНЕТИЧЕСКОЙ КОД
MOLOHOLGIC
GUNTICABLABLILLENAB
MOLECLGIC
.
Геометрические обои Hd
глобальные
Логотип Unsplash
Unsplash+В сотрудничестве с Getty Images
Unsplash+
Unlock
domestic life
elementary student
photography
GuerrillaBuzz Crypto PR
ball
network
web
Michal Matlon
cern
collider
laboratory
Kelly Sikkema
mask
атомы
маски
Михал Матлон
серые обои Hd
лаборатория
исследования
Павел Червински
particle
bubble
liquid
Unsplash logo
Unsplash+In collaboration with Getty Images
Unsplash+
Unlock
dating
elementary school
8-9 years
GuerrillaBuzz Crypto PR
Hd 3d wallpapers
объект
Hd обои
Просматривайте изображения премиум-класса на iStock | Скидка 20% на iStock
Логотип Unsplash
Сделайте что-нибудь потрясающее
Фотография одиночного атома стронция победила в Национальном конкурсе научной фотографии
Изображение одиночного положительно заряженного атома стронция, почти неподвижного благодаря электрическим полям.
Фотография Дэвида Надлингера, Оксфордский университет
Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.
Иногда для того, чтобы сделать отличный снимок, достаточно зеркальной камеры, микроскопического атома и любопытного доктора наук. кандидат.
Дэвид Надлингер, который улавливает атомы для своих исследований в области квантовых вычислений в Оксфордском университете, сделал это изображение 7 августа с помощью стандартной цифровой зеркальной камеры. На фотографии показана булавочная точка положительно заряженного атома стронция, освещенная сине-фиолетовым светом на черном фоне. Атом удерживается почти неподвижным благодаря электрическому полю, создаваемому двумя металлическими электродами, расположенными по обе стороны от него. Расстояние между кончиками маленьких игл ионной ловушки составляет менее 0,08 дюйма.
Фотография под названием «Один атом в ионной ловушке» получила приз за научную фотографию, учрежденный Британским советом по инженерным и физическим наукам.
«Идея увидеть отдельный атом невооруженным глазом показалась мне удивительно прямым и интуитивным мостом между крохотным квантовым миром и нашей макроскопической реальностью», — сказал Надлингер в пресс-релизе EPSRC. «Когда я отправился в лабораторию с камерой и штативами одним тихим воскресным днем, я был вознагражден особым изображением маленькой бледно-голубой точки».
Надлингер сделал снимок, заглянув в окно камеры сверхвысокого вакуума ионной ловушки. Он также использовал объектив 50 мм, удлинительные трубки и две вспышки с цветными гелями. Удлинительные трубки обычно используются для съемки крупным планом.
Атомы бесконечно малы, их диаметр составляет лишь ничтожную долю дюйма. Атомы стронция с 38 протонами и размером 215 миллиардных долей миллиметра относительно велики по сравнению с ним. Тем не менее, единственная причина, по которой мы можем видеть атом на фотографии, заключается в том, что он поглощает, а затем переизлучает лазерный свет со скоростью, которую можно зафиксировать при длительной выдержке камеры. Таким образом, на фото на самом деле переизлучается лазерный свет, а не очертания атома. Без эффекта длительного воздействия атом не был бы виден невооруженным глазом. (Связано с: «Частица Бога»)
Фотография Надлингера была не единственной, получившей приз на конкурсе. Среди других изображений-победителей были очень крупные планы мыльных пузырей из кухонной раковины, микропузырька с лекарственным покрытием и крыла бабочки. Также помещен портрет добровольца, тестирующего гарнитуру для мозговой активности.
Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.
Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.
Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.
Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.
Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.
Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.
Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.
Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.
Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.
Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.
Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.
Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.
Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.
1 / 13
1 / 13
Суперлуние обычно определяется как новолуние или полнолуние, совпадающее с лунным орбитом, особенно близко приближающимся к Земле. Это суперлуние было всего в 221 824 милях от нас.
Суперлуние обычно определяется как новолуние или полнолуние, совпадающее с лунным орбитом, особенно близко приближающимся к Земле. Это суперлуние было всего в 221 824 милях от нас.
Фотография Кента Коберстина, Коллекция изображений Nat Geo
Читать дальше
Чтобы попрактиковаться в спасении Земли, НАСА сбило астероид с помощью космического корабля
Наука
Чтобы попрактиковаться в спасении Земли, НАСА сбило астероид с помощью космического корабля
Космический корабль DART врезался в безобидный космический камень, чтобы изменить свою орбиту — тактика, которую однажды можно было бы использовать, чтобы предотвратить столкновение астероида-убийцы с Землей.
Устрицы возвращаются в меню и в воду — пока
Окружающая среда
Устрицы возвращаются в меню и в воду — пока
В Чесапикском заливе возрождается некогда уничтоженная индустрия устриц. Но последствия изменения климата представляют собой надвигающуюся угрозу для фермеров и любителей устриц.
Эксклюзивный контент для подписчиков
Почему люди так одержимы Марсом?
Как вирусы формируют наш мир
Эпоха собачьих бегов в США подходит к концу
Посмотрите, как люди представляли себе жизнь на Марсе на протяжении всей истории
Посмотрите, как новый марсоход НАСА будет исследовать красную планету
Почему люди так одержимы Марсом?
Как вирусы формируют наш мир
Эпоха собачьих бегов в США подходит к концу будет исследовать красную планету
Почему люди так одержимы Марсом?
Как вирусы формируют наш мир
Эпоха собачьих бегов в США подходит к концу будет исследовать красную планету
Подробнее
Бесплатные атомные фото и картинки
небо облака надеяться
Облако атомной бомбы
электрон протон нейтрон
Электрон
Стали архитектура строительство
Атомиум
Огонь фейерверк взрыв
Сверхновая
Атомиум Брюссель Брюссель
Атомиум Брюссель 2
электрон протон нейтрон
Электрон
Радиация знак ядерный
Знак радиации
армагеддон метеор астероид
Армагеддон
Атомиум Брюссель Брюссель
Атомиум Брюссель 4
Атомиум Брюссель Экспо
Атомиум 3
Атомиум Брюссель Экспо
Атомиум 2
сувенир Брюссель атом
Сувенир в снегу 1
атом Брюссель Экспо
Атомиум
Атомиум Брюссель Брюссель
Атомиум Брюссель 5
металл яйца атом
Атомиум
атомиум атом Брюссель
Атомиум
Производственное оборудование В ряд Часть серии
атома: Лаборатория Ферми; Машина Кокрофта Уолтона
Составное изображение Цветное изображение Вертикальный
Атом против двоичного кода (Digital Composite)
Субатомная частица Концепции и темы Движение
Фон атомов
Технологии Цветное изображение Электронная промышленность
Символ электроники и атома
Белый фон Отрезать Образ жизни
Почтовая марка, Шрифт, Прямоугольник
Цветное изображение Горизонтальный Молекулярная структура
Молекулярная модель
радуга атомы орбиты
Атомная матрица
атом химия сложный
Молекула
сияние сияние радиация
Символ излучения 1
ядерный сила завод
Темелин
Атомиум Брюссель Брюссель
Атомиум Брюссель 1
Атомиум Брюссель Экспо
Атомиум 1
Концепции и темы Столкновение Фоны
Атом
Образование Отрезать Движение
Продукт, Освещение, Светильник, Абажур
Субатомная частица Концепции и темы Движение
Фон атомов
Цветное изображение Горизонтальный Молекулярная структура
Молекулярная модель
Люди Исследовательская работа гуанин
Дезоксирибонуклеиновая кислота
Искусство Образование Белый фон
Символ науки в оттенках серого
Номер 9 Шаблон Часть серии
Пуговица с химическим веществом Seaborgium
Номер 9 Шаблон Часть серии
Значок с изображением химического вещества Рубидий
Люди Шаблон Часть серии
Платиновый элемент
Люди Шаблон Часть серии
Кнопка с изображением элемента Титан
Люди Шаблон Часть серии
Кнопка с изображением элемента Lead
Материал Номер 9 Шаблон
Германий
Материал Номер 9 Шаблон
Протактиний
Искусство Образование Исследовательская работа
Студент изучает молекулу в классе
Искусство Галактика Вектор
A Схема элемента осмия
Частица Образование Исследовательская работа
Символ и электронная схема для скандия
Частица Образование Исследовательская работа
Символ и электронная схема для магния
Частица Образование Исследовательская работа
Символ электронной схемы Гелий
Частица Образование Исследовательская работа
Символ числа электронов Лантан
Частица Образование Исследовательская работа
Символ электронной схемы Церий
Частица Образование Исследовательская работа
Символ и электронная схема для тория
Частица Образование Исследовательская работа
Символ и электронная схема для циркония
Частица Образование Исследовательская работа
Символ и электронная схема рения
Частица Образование Исследовательская работа
Символ и электронная схема для золота
Образование Компьютер Технологии
Компьютер символа науки и техники
Частица Образование Исследовательская работа
Символьная электронная схема для празеодима
Монета Частица Образование
Символ электронной схемы для никеля
Частица Образование Исследовательская работа
Символьная электронная схема для родия
Частица Образование Исследовательская работа
Перодический символ электрон Бор
Частица Образование Исследовательская работа
Диаграмма периодических символов Xenon
Частица Образование Исследовательская работа
Периодический символ и диаграмма Вольфрам
Частица Образование Исследовательская работа
Символ и электронная схема для
лазеров и ультрахолодных атомов объединяются в единственной в своем роде лаборатории
Чтобы полностью понять сложность лаборатории Кевина Райта в Уайлдер-Холле, потребуются глубокие знания ультрахолодной квантовой физики. Но у кого есть на это время? Понимание того, что такое горячая чашка кофе, может быть очень кстати.
«Чтобы представить себе, что значит быть сверхтекучим, представьте, что вы размешиваете кофе ложкой, а затем вынимаете ее», — объясняет Райт, доцент кафедры физики и астрономии. «А потом представьте, что кофе вечно кружится по кругу, никогда не останавливаясь».
А теперь представьте, что бесконечный кружащийся кофе перемешивается не ложкой, а паутиной лазерных лучей, которые пересекаются таким образом, что каким-то образом это имеет смысл в «пугающем» мире квантовой физики.
И вместо кофе кружится облако атомов лития.
Добро пожаловать в первый в мире «настраиваемый» сверхтекучий контур, в котором используются ультрахолодные электроноподобные атомы. Этот лабиринт лазерного света и облако сверхтекучих атомов являются частью единственного в своем роде микроскопического испытательного стенда, разработанного Райтом для изучения того, как электроны работают в реальных материалах.
Image
Сеть лазеров позволяет исследователям охлаждать, перемещать и обнаруживать электроноподобные атомы в сверхтекучей цепи. (Фото Роберта Гилла)
«Большая часть современных технологий вращается вокруг управления потоком электронов вокруг цепей», — говорит Райт. Теперь исследователи впервые могут анализировать странное поведение этих видов квантовых частиц в строго контролируемых условиях.
В то время как обычные проводящие материалы, такие как медь, хорошо изучены, исследователи не полностью знают, как движутся электроны или как ими можно управлять в экзотических материалах, таких как сверхпроводники.
Задача состоит в том, чтобы изолировать и контролировать отдельные электроны для изучения их поведения. Новизна схемы Райта заключается в том, что она использует целый атом, чтобы продемонстрировать, как ведет себя одна из его отдельных фундаментальных частей. К сожалению, здесь нет достаточной аналогии с кофе, но, по словам Райта, «мы изучаем электроны, не используя электроны».
Изображение
Кевин Райт, доцент кафедры физики и астрономии. (Фото Роберта Гилла)
Дальнейшее понимание исследований Райта требует понимания того, что атомные частицы могут быть либо бозонами, либо фермионами. Бозоны, такие как фотоны, склонны собираться вместе. Фермионы, такие как электроны, имеют тенденцию избегать друг друга.
В то время как сверхтекучие схемы, использующие ультрахолодные бозоноподобные атомы, уже существуют — впервые они были предложены Райтом, когда он работал в Национальном институте стандартов и технологий — схема Дартмута является первой, в которой используются ультрахолодные атомы, которые действуют как эти асоциальные фермионы.
«Электроны могут делать вещи гораздо более странные и богатые, чем кто-либо мог себе представить», — говорит Райт. «Используя электроноподобные атомы, мы можем проверять теории способами, которые раньше были невозможны».
Литий-6 делает работу возможной. Хотя изотоп представляет собой полный атом с ядром, протонами и электронами, он ведет себя как электрон. Лазеры используются для охлаждения лития до температуры, близкой к абсолютному нулю, а затем для перемещения атомов таким образом, который имитирует движение электронов по сверхпроводящим цепям. Лазеры также обнаруживают, как действуют атомы, и даже создают структуру цепи — микроскопическую беговую дорожку в камере сверхвысокого вакуума, по которой вращаются атомы.
Quote
Используя электроноподобные атомы, мы можем проверять теории способами, которые раньше были невозможны.
Атрибуция
Кевин Райт, доцент кафедры физики и астрономии.
Расположенный на трех оптических столах из нержавеющей стали шириной около 18 футов, испытательный стенд дает физикам доступ к квантовому эмулятору, который позволит им изучать формирование и затухание токов, которые текут бесконечно без дополнительной энергии — воображаемый бесконечно кружащийся кофе .
Успех лаборатории в создании сверхтекучей среды подробно описан в недавнем исследовании, написанном Янпингом Цаем, Гуарини ’21, Даниэлем Оллманом, Гуарини ’23, Парт Сабхарвалом, Гуарини ’24 и Райтом, которое было опубликовано в Physical Review Letters .
Атомы фото: Наука: Наука и техника: Lenta.ru