Нещодавно фізикам з Австралії вдалося те, що раніше вважалося неможливим. Вони, використовуючи спеціальну техніку, змогли сфотографувати тінь, яку відкидав одиночний атом ітербію. На думку вчених, розроблена ними методика може успішно застосовуватися в клітинної біології - можна буде сфотографувати різні моменти з життя білків і ДНК. 
Як ми пам'ятаємо, тінь може відкидати будь-який предмет, здатний відображати падаючі на нього фотони або поглинати їх. Тому, з точки зору фізики, немає нічого дивного в тому, що і атоми мають тіні - адже вони теж можуть поглинати фотони. Однак це припущення довгий час не вдавалося перевірити на практиці. Адже для того, щоб довести цю гіпотезу, тінь атома потрібно всього-на-всього ... сфотографувати! Але саме це і було дуже і дуже непросто.
Однак недавно вченим з Університету Гріффіта (Австралія) вперше вдалося зробити це. Вони отримали досить чітку фотографію тіні атома редкоземельного металу ітербію. Точніше кажучи, не атома, а іона - в експерименті брав участь одиничний 174Yb +, утримуваний в умовах надвисокого вакууму за допомогою так званої пастки Пауля.
Нагадаю, що такий називають пристосування, що складається з чотирьох гіперболічних електродів. У разі паралельної пастки вони стоять паралельно один одного, а в разі квадрокупольного варіанту (який і використовувався в експерименті) - як би "хрест-навхрест". За цих електродів подається змінний струм, він створює електричне поле, яке і утримує іон. Правда, якщо бути зовсім точним, то іон все-таки не варто на місці, а здійснює якісь коливальні рухи поблизу фіксованої точки.
Читайте також: Фізики записали інформацію на атом
Отже, після того як фізики "заманили" одиночний іон ітербію в таку пастку, вони направили на нього електромагнітне випромінювання з довжиною хвилі в 369,5 нм. Весь пучок був сфокусований в точку розміром в кілька мікрометрів. Все це створювало поле освітлення і одночасно забезпечувало лазерне охолодження. Минулий же світло збирався за допомогою фазової лінзи Френеля (особливий тип лінзи, що складається не з цільного шліфованого шматка скла зі сферичною або іншими поверхнями (як звичайні лінзи), а з окремих примикають один до одного концентричних кілець невеликої товщини, які в перетині мають форму призм спеціального профілю) і подавався на охлаждаемую ПЗС-камеру.
В результаті однократного і не дуже тривалого часу впливу світла на атом вистачало для того, щоб отримати чіткий знімок. При цьому витримки становило 0,05-1 секунд. У той же час слід зауважити, що в даному випадку поняття "виразний" дещо не збігалося з його значенням, прийнятим для характеристики фотографій макроскопічних об'єктів. Тут малося на увазі не дозвіл, а контрастність зображення. Грубо кажучи, дослідники намагалися зробити такий знімок, на якому темні точки будуть сильно відрізнятися від світлих.
Можна сказати, у них це вийшло - на найкращих фотографіях контраст доходив до 3,1 відсотка, що можна вважати просто чудовим результатом, повністю розкриває можливості установки. Слід зауважити, що при експериментах, що проводилися раніше, коли вчені намагалися сфотографувати тінь від окремих молекул, такі значення були недосяжні. Крім того, робота австралійських дослідників блискуче підтвердила припущення про те, що окремі атоми теж можуть відкидати тінь, поглинаючи і відхиляючи частина фотонів з спрямованого на них світлового пучка.
Однак навіщо взагалі були затіяні всі ці дослідження? Невже просто для того, щоб з'ясувати, чи є тінь у атома чи ні? Насправді, ця робота мала дещо інший практичний сенс. Тепер, коли фотозйомка завершилася успішно, можна цілком розраховувати на те, що випробувана австралійцями проста методика буде застосовуватися в клітинної біології. Там вона буде вельми і вельми затребувана і може в найближчому майбутньому привести до сенсаційних відкриттів.
Наприклад, у нуклеїнових кислот є пік поглинання в ультрафіолетовій області на довжині хвилі в 260 нм, який дає можливість виділити їх на фоні інших компонентів клітини. Проте, самі біологи не використовують цю особливість спадкового речовини, оскільки саме по собі 260-нанометрове випромінювання має виражений бактерицидний ефект, тобто може зруйнувати клітину. Тепер же цю проблему можна буде вирішити, просто скоротивши час експозиції до такого проміжку, за який УФ-промені не встигнуть надати свого смертоносного ефекту.
У підсумку з використанням методики австралійських фізиків спостереження за волокнами хроматину (нагадаю, що так називають комплекс ДНК і спеціальних ядерних білків) в динаміці стає цілком реальною. Згідно з розрахунками, контраст фотографій 100-нанометрових волокон може становити близько 30 відсотків, що дає можливість побачити і сфотографувати на фотографії багато цікавих речей. Наприклад, процес зчитування інформації з ДНК і синтез РНК, а також процеси відновлення нуклеїнових кислот після пошкодження.
Читайте також: Наноухо почує думки бактерій про нас
Не виключено, що скоро замість побудови барвистих анімованих комп'ютерних моделей (для чого вченим потрібні суперкомп'ютери), дослідники зможуть знімати "з натури" фільми про життя білків, нуклеїнових кислот та інших біомолекул. Після ж аналіз цих фото- і відеозйомок допоможе розгадати багато загадок функціонування життя на молекулярному рівні ...
Читайте найцікавіше в рубриці "Наука і техніка"
Однак навіщо взагалі були затіяні всі ці дослідження?Невже просто для того, щоб з'ясувати, чи є тінь у атома чи ні?