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

Детский плач в возрасте пяти месяцев связали с наследственностью Детский плач в возрасте пяти месяцев связали с наследственностью

Генетические факторы отвечают за 70 процентов плача

N+1
Своя игра Своя игра

Архитектор Александр Кратович разработал интерьер загородного дома под Минском

SALON-Interior
Астрономы увидели старт образования экзопланет в протопланетном диске Астрономы увидели старт образования экзопланет в протопланетном диске

Как образовываются твердые тела в диске протозвезды

N+1
Карантин разрушает брак: можно ли спасти отношения Карантин разрушает брак: можно ли спасти отношения

Можно ли «вылечить» отношения после карантина и какие шаги предпринять?

Psychologies
Мы выбираем друг друга не случайно Мы выбираем друг друга не случайно

Выбор партнера предопределен всем предшествующим ходом нашей жизни

Psychologies
Правила жизни Рона Джереми Правила жизни Рона Джереми

Правила жизни порноактера и режиссера Рона Джереми

Esquire
Черный-черный азот: «парадокс» таблицы Менделеева Черный-черный азот: «парадокс» таблицы Менделеева

Долгие годы азот считался «неудачником» в мире химиков

Популярная механика
Забытые трудяги: какими были пикапы в СССР Забытые трудяги: какими были пикапы в СССР

Сам по себе автомобиль был несбыточной мечтой жителей бескрайних просторов СССР

Популярная механика
Лима, Перу Лима, Перу

Перу заслуженно сравнивают с Крымом

Maxim
4 эффективные техники решения любых проблем, которыми пользуются умные люди 4 эффективные техники решения любых проблем, которыми пользуются умные люди

Как всегда находить лучший выход из ситуации?

Playboy
Скорость «убегания» Титана от Сатурна оказалась в 100 раз выше ожидаемой Скорость «убегания» Титана от Сатурна оказалась в 100 раз выше ожидаемой

Титан удаляется от Сатурна со скоростью 11 сантиметров в год

N+1
«Новая жизнь – новая я!» «Новая жизнь – новая я!»

Как похудеть с минимальными затратами и как тренироваться дома

Худеем правильно
10 фактов об Альберте Эйнштейне 10 фактов об Альберте Эйнштейне

Подборка интересных деталей из биографии Альберте Эйнштейне

Популярная механика
Домашний сад Домашний сад

Домашний сад можно посадить прямо в собственной квартире

Здоровье
Как выкинуть хлам из дома: 10 советов самого популярного японского минималиста Как выкинуть хлам из дома: 10 советов самого популярного японского минималиста

Конкретные рекомендации и полезные советы, как избавиться от ненужных вещей

Forbes

Шеннон Ли и Бао Нгуйен — о наследии Брюса Ли

Esquire
Как после рождения ребенка успевать хоть что-нибудь? Как после рождения ребенка успевать хоть что-нибудь?

Хорошо, когда ребенок спокоен и сладко спит по ночам. А если нет?

Psychologies
Фрол Буримский Фрол Буримский

Модный специалист Фрол Буримский предвосхитил тренд на внутренний туризм

Собака.ru
Александр Шишкин-Хокусай Александр Шишкин-Хокусай

Александр Шишкин-Хокусай умудрился сохранить здравое восприятие арт-процесса

Собака.ru
20 000 лье над водой: история летающей подводной лодки 20 000 лье над водой: история летающей подводной лодки

Гениальная идея военных инженеров, которая не может спуститься с небес на землю

Maxim
Пейте на здоровье! Пейте на здоровье!

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

Bones
Двухголовые собаки и слон под ЛСД: 7 неэтичных научных опытов Двухголовые собаки и слон под ЛСД: 7 неэтичных научных опытов

Некоторые исследователи готовы использовать любые средства для своих гипотез

РБК
Little Big Little Big

Панк-поп-рейв-группа Little Big стала главным музыкальным продуктом России

Собака.ru
Как говорить с детьми о новом партнере Как говорить с детьми о новом партнере

Когда и как представить друг другу самых важных людей в вашей жизни?

Psychologies
Наследственная стратегия как способ сохранить богатство семьи Наследственная стратегия как способ сохранить богатство семьи

Как обезопасить капитал и какие ошибки ждут главу семьи в делах о наследстве

СНОБ
Как выйти на новый уровень в кризис: чек-лист для личной перезагрузки Как выйти на новый уровень в кризис: чек-лист для личной перезагрузки

Как найти новые точки опоры, проработать страхи и переоценить убеждения

Psychologies
Обида: как не попасть в ее ловушку? Обида: как не попасть в ее ловушку?

Почему возникает обида и как с ней справляться?

Psychologies
«Мы расстались». Почему мужчины переживают не так, как мы? «Мы расстались». Почему мужчины переживают не так, как мы?

Почему женщины и мужчины могут по-разному воспринимать разрыв

Psychologies
Жизнь в опале Жизнь в опале

Репортаж из мировой столицы опалов, города-прииска Кубер-Педи

Вокруг света
Монофизиты: божественное, слишком божественное Монофизиты: божественное, слишком божественное

Расколы и ереси. Проект Сергея Ходнева

Weekend
Открыть в приложении