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

Демографическое давление привело к росту насилия в Древней Японии периода Яей Демографическое давление привело к росту насилия в Древней Японии периода Яей

Антропологи проанализировали человеческие останки из погребений с острова Кюсю

N+1
Вымирающих красных панд будут отслеживать с помощью GPS-ошейников Вымирающих красных панд будут отслеживать с помощью GPS-ошейников

Что угрожает красным пандам и как их можно спасти, не забирая из дикой природы

National Geographic
Метиленовый синий предложили использовать в качестве солнцезащитного средства Метиленовый синий предложили использовать в качестве солнцезащитного средства

Метиленовый синий может стать безопасной альтернативой оксибензону

N+1
Сказочные лихие Сказочные лихие

Почему к 90-м привязался эпитет «лихие»?

Огонёк
Пять языков любви Пять языков любви

Секрет прочных отношений

kiozk originals
В игре Maneater нужно быть акулой, жрать отдыхающих и развивать свои акульи навыки В игре Maneater нужно быть акулой, жрать отдыхающих и развивать свои акульи навыки

До последнего не верилось, что эта игра вообще выйдет

GQ
5 стадий проживания любви 5 стадий проживания любви

Любовь, как и горе, вторгается в нашу жизнь внезапно

Psychologies
Подальше от всех: 10 идей отдыха на природе всей семьей Подальше от всех: 10 идей отдыха на природе всей семьей

Туристические маршруты по удивительным местам России

Лиза
Идеальный пас: в чьих интересах урезание зарплат топ-менеджерам госкорпораций Идеальный пас: в чьих интересах урезание зарплат топ-менеджерам госкорпораций

Нужен ли предельно допустимый уровень годового дохода топ-менеджеров госкомпаний

Forbes
Конец «путинского большинства»: о чем на самом деле говорится в докладе группы Белановского Конец «путинского большинства»: о чем на самом деле говорится в докладе группы Белановского

О докладе социологов, предсказавший рост в России протестных настроений

Forbes
Зрение не спасло ночного попугая от заборов и машин Зрение не спасло ночного попугая от заборов и машин

Как устроено зрение ночного попугая?

N+1
Не выпечка мечты: 13 самых грубых ошибок при приготовлении тортов или кексов Не выпечка мечты: 13 самых грубых ошибок при приготовлении тортов или кексов

Не такие как на картинке? Несколько секретов, которые исправят ситуацию!

Cosmopolitan
Вогнать в краску Вогнать в краску

Осваиваем модный макияж и отвечаем на вопрос «А для чего же все это нужно?»

Psychologies
Сервис, который позволяет пользователям зарабатывать до $1 млн: история Udemy Сервис, который позволяет пользователям зарабатывать до $1 млн: история Udemy

Как выходец из Турции создал образовательную онлайн-платформу

Forbes
Американская космическая мечта Американская космическая мечта

Илон Маск вернул веру американцев в собственные космические запуски

Эксперт
Гигантский колосс, амбары и викторианский особняк Фридмана: самые необычные дома миллиардеров Гигантский колосс, амбары и викторианский особняк Фридмана: самые необычные дома миллиардеров

Неожиданные дизайнерские решения для домов миллиардеров

Forbes
Можно ли стирать кроссовки в машинке и еще 5 вопросов про одежду — ищем ответы Можно ли стирать кроссовки в машинке и еще 5 вопросов про одежду — ищем ответы

Разгадываем главные "головоломки", связанные с одеждой

Cosmopolitan
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
Кто вы, доктор Арендт? Кто вы, доктор Арендт?

Загадка, уходящая своими корнями в XIX столетие

Дилетант
Как будет выглядеть «марсианский город» на Земле Как будет выглядеть «марсианский город» на Земле

По-настоящему впечатляющий концепт филиала Марса на Земле

National Geographic
Как расстаться с ненужными вещами: 10 идей японца Фумио Сасаки Как расстаться с ненужными вещами: 10 идей японца Фумио Сасаки

Из-за обилия предметов, копившихся годами, японец потерял контроль над жизнью

Psychologies
Снова в школы Снова в школы

Для чего и кому нужна глобальная реформа МГУ

Forbes
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
Никогда не оглядывайся назад: какие ошибки мы постоянно совершаем, принимая важные решения Никогда не оглядывайся назад: какие ошибки мы постоянно совершаем, принимая важные решения

Фрагмент из книги «Искусство ясно мыслить» Рольфа Добелли

Forbes
Что такое «социальный статус» слова Что такое «социальный статус» слова

Как изменения в языке отражаются на нас

СНОБ
Педикюр самостоятельно: типичные ошибки и лайфхаки для стойкости результата Педикюр самостоятельно: типичные ошибки и лайфхаки для стойкости результата

Как привести в порядок пальчики на ногах самостоятельно?

Cosmopolitan
6 операций по обслуживанию автомобиля, которые ты можешь сделать сам 6 операций по обслуживанию автомобиля, которые ты можешь сделать сам

Как сэкономить на обслуживании автомобиля? Вот так!

Maxim
7 самых ненужных побед в истории 7 самых ненужных побед в истории

Иногда победа дается такой ценой, что ее смело можно считать поражением

Maxim
«Большую часть денег я хотел бы потратить при жизни»: почему миллиардер Светаков решил оставить детям «минимум» «Большую часть денег я хотел бы потратить при жизни»: почему миллиардер Светаков решил оставить детям «минимум»

Миллиардер Александр Светаков о том, почему к капиталу нужно быть готовым

Forbes
Дерзкий Дерзкий

На что надо смотреть при выборе спортбайка Kawasaki ZX-10R

Мото
Открыть в приложении