Как развивался сюжет необычного исследования

N+1Наука

Что делают протоны, когда на них никто не смотрит

Евгений Глушков, физик-экспериментатор

Оптический стол с лазерным микроскопом. Evgenii Glushkov

Физики обнаружили, что за движением отдельных протонов можно наблюдать с помощью оптического микроскопа. Правда, для этого потребовались некоторые ухищрения. Евгений Глушков, научный сотрудник лаборатории наноразмерной биологии Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL), рассказывает о том, как развивался сюжет этого необычного исследования.

Оптическая лаборатория чем-то напоминает отсек затерянного в глубинах космоса космического корабля из «Звездных войн». Темнота, нарушаемая лишь светом мониторов и вспышками лазеров, и мерный гул вентиляции и охлаждающих систем. Плотные шторы изолируют этот уголок пространства от остального мира, позволяя проводить множество чувствительных экспериментов. Один из таких экспериментов я и проводил, сидя в темной лаборатории в один из осенних вечеров уже такого далекого 2018-го.

Увидеть невидимое

Случайно заглянувший в комнату наблюдатель скорее всего счел бы происходящее на экране обыкновенным аппаратным шумом — мешаниной светлых и темных пикселей, заполоняющих экран, когда кто-то пытается снимать видео в темном помещении. И он был бы прав, если бы не одно «но». Время от времени в разных частях экрана, передающего изображение с камеры на оптическом столе, вспыхивали явно различимые белые точки.

Каждая такая вспышка регистрируется специальной программой, определяющей ее координаты с точностью до нанометров и яркость с точностью вплоть до отдельных фотонов (яркость измеряют в количестве фотонов, попавших на каждый из пикселей камеры). Накопив достаточное количество вспышек, программа объединяет их в одну невероятно детализированную картинку — финальный результат работы оптического микроскопа сверхвысокого разрешения.

Метод локализационной микроскопии основан на определении местоположения точечного источника света — его локализации. Каждая мерцающая точка на каждом кадре в примере ниже детектируется алгоритмом, который определяет ее координаты с точностью до нанометров. Затем каждая из найденных точек добавляется на общий «холст», где после анализа всех записанных кадров и формируется финальное изображение с высоким разрешением.

Современные локализационные микроскопы позволяют достигнуть разрешения в 10 раз превосходящего дифракционный предел. При этом для правильной работы алгоритма необходимо, чтобы два точечных источника света не перекрывали друг друга — поэтому так важно иметь образец с мерцающими, а не постоянно светящимися флюорофорами.

Такая технология, позволившая оптической микроскопии обойти веками нерушимый дифракционный предел (он зависит от длины волны, для видимого света где-то 300 нанометров), была разработана еще в середине 2000-х. С тех пор она нашла множество применений — особенно в биологии, а ее создатели были заслуженно отмечены в 2014 году Нобелевской премией. Сейчас микроскопы сверхвысокого разрешения — стандартный инструментом в большинстве лабораторий, а сам процесс получения таких снимков перестал кого-либо удивлять и завораживать.

Для стандартной микроскопии сверхвысокого разрешения необходимы специальные молекулы-маячки — флюорофоры, которые добавляются к исследуемому образцу и распределяются по нему так, чтобы плотным ковром покрыть желаемые области. В определенных условиях эти молекулы начинают мерцать, давая нам те самые кадры для последующей обработки и создания изображения сверхвысокого разрешения. Не будь в образце под микроскопом таких молекул — мы бы и впрямь не увидели ничего, кроме шума.

Я же сидел и напряженно всматривался в мерцающий экран потому, что точно знал, что никаких флюорофоров к исследуемому образцу не добавлял. Тем не менее, характерно мерцающие точки упрямо продолжали появляться на экране.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Голубые глаза оказались лучше приспособлены к тусклому свету по сравнению с карими Голубые глаза оказались лучше приспособлены к тусклому свету по сравнению с карими

Цвет радужки у людей влияет на то, как глаза воспринимают свет

N+1
Выброс рутения в 2017 году оказался не связан с производством оружейного плутония Выброс рутения в 2017 году оказался не связан с производством оружейного плутония

Как в 2017 году в атмосферу попал рутений?

N+1
Грустный «Космонавт»: как паук помогает Адаму Сэндлеру справиться с кризисом в браке Грустный «Космонавт»: как паук помогает Адаму Сэндлеру справиться с кризисом в браке

Научная фантастика «Космонавт» про грустного Адама Сэндлера в космосе

Forbes
10 фактов об Альберте Эйнштейне 10 фактов об Альберте Эйнштейне

Подборка интересных деталей из биографии Альберте Эйнштейне

Популярная механика
3 причины для измены: анализируем каждую 3 причины для измены: анализируем каждую

Почему партнеры изменяют друг другу? И что делать, если вам изменили?

Psychologies
Обещание счастья Обещание счастья

Как дофамин влияет на вес

Худеем правильно
Галлюцинации и «библия для неграмотных»: психология средневекового человека Галлюцинации и «библия для неграмотных»: психология средневекового человека

Разбираемся в психологии средневекового человека и изучаем образ его мышления

Naked Science
Назад в 2000-й: бензин по 7 рублей, строительство ТТК и массовые иномарки Назад в 2000-й: бензин по 7 рублей, строительство ТТК и массовые иномарки

С чего начался XXI век в автомобильной отрасли России

РБК
Лениться, как Лев Толстой Лениться, как Лев Толстой

Как лев Толстой боролся с прокрастинацией и двигался к своей цели

Культура.РФ
Отсутствие морского льда повысило успех размножения у пингвинов Адели в Восточной Антарктиде Отсутствие морского льда повысило успех размножения у пингвинов Адели в Восточной Антарктиде

Исчезновение морского льда увеличило эффективность размножения колонии пингвинов

N+1
Гены плесени помогут вырасти осинам-акселератам Гены плесени помогут вырасти осинам-акселератам

Лес из таких деревьев должен восстанавливаться быстрее

N+1
Женщины — демократичные, мужчины — авторитарные. Почему большинство россиян волнует не пол, а возраст начальника Женщины — демократичные, мужчины — авторитарные. Почему большинство россиян волнует не пол, а возраст начальника

Есть ли различия в стиле руководства между мужчинами и женщинами?

Forbes
Прибрать к рукам добавленную стоимость Прибрать к рукам добавленную стоимость

Мы вполне можем получить намного более сильную и сложную промышленность

Эксперт
Миф о мышечном зажиме. Может ли массаж вылечить? Миф о мышечном зажиме. Может ли массаж вылечить?

Профессиональный массажист Пол Ингрэм разоблачает мифы о мануальной терапии

Reminder
Персики и кокосы: почему у русских и иностранцев разные представления о доверии и лояльности Персики и кокосы: почему у русских и иностранцев разные представления о доверии и лояльности

Разница менталитетов в таких вопросах, как доверие и лояльность на рабочем месте

Forbes
Только плохие руководители ждут, что их сотрудники будут постоянно заняты работой Только плохие руководители ждут, что их сотрудники будут постоянно заняты работой

В современном мире важно уметь правильно распределять собственные усилия

Inc.
Как вернуться в тренировочный режим и не наделать ошибок — фитнес-план на неделю Как вернуться в тренировочный режим и не наделать ошибок — фитнес-план на неделю

Как восстановить спортивный режим и заново полюбить тренировки?

Cosmopolitan
Что посмотреть в выходные: девять триллеров Альфреда Хичкока Что посмотреть в выходные: девять триллеров Альфреда Хичкока

Какие фильмы из хичкоковского наследия нужно обязательно посмотреть?

РБК
Почетный гость: как искусственный интеллект и диджитализация изменят наши любимые рестораны в будущем Почетный гость: как искусственный интеллект и диджитализация изменят наши любимые рестораны в будущем

Рестораны и кафе оказались сферой, по которой сильнее других ударил кризис

Esquire
От имени руин От имени руин

Десять советов министру культуры Ольге Любимовой

Огонёк
Шестимесячные дети смогли отличить мажорную тональность от минорной Шестимесячные дети смогли отличить мажорную тональность от минорной

У детей распределение чувствительности к тональностям оказалось как у взрослых

N+1
Великий комбинатор Великий комбинатор

Знаменитый аферист времен великой депрессии Виктор Люстиг

Вокруг света
Фильм, фильм, фильм! 7 добрых картин для киновечеринки Фильм, фильм, фильм! 7 добрых картин для киновечеринки

Самое время устроить киновечеринку с попкорном, лимонадом и фильмами для всех

Cosmopolitan
Парижский синдром: почему у японских туристов, приезжающих во Францию, развиваются психические расстройства Парижский синдром: почему у японских туристов, приезжающих во Францию, развиваются психические расстройства

Почему японцы болеют "парижским синдромом" и стоит ли его опасаться туристам

Esquire
«Космос. Иллюстрированная история астрономии и космологии» «Космос. Иллюстрированная история астрономии и космологии»

Попытки Жозефа Луи Лагранжа и Пьера-Симона Лапласа объяснить ускорение Луны

N+1
Жало: опасное изобретение эволюции Жало: опасное изобретение эволюции

Попробуем немного разобраться в жалящих

Популярная механика
Новая профессия в 40 лет: почему возникает такое желание и как действовать Новая профессия в 40 лет: почему возникает такое желание и как действовать

Как осуществить мечту и заняться любимым делом после 40?

Psychologies
Пейте на здоровье! Пейте на здоровье!

Глобальный тренд на здоровый образ жизни затрагивает в том числе и мир напитков

Bones
10 пар животных, в чьи родственные связи сложно поверить 10 пар животных, в чьи родственные связи сложно поверить

Не похожие друг на друга существа на самом деле приходятся друг другу кузенами

Популярная механика
Лояльные или компетентные: какого сотрудника лучше выбрать Лояльные или компетентные: какого сотрудника лучше выбрать

Российский бизнес уже несколько лет испытывает кадровый голод

Inc.
Открыть в приложении