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

Неандертальцы наследили на португальских пляжах Неандертальцы наследили на португальских пляжах

Археологи обнаружили на португальском побережье отпечатки ног неандертальцев

N+1
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
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
Правила жизни Жака-Ива Кусто Правила жизни Жака-Ива Кусто

Правила жизни французского исследователя Мирового океана Жака-Ива Кусто

Esquire
«Розовый. История цвета» «Розовый. История цвета»

Как розовый цвет получали в Средневековье

N+1
«Нужно держаться вместе». Как бизнес осваивает взаимопомощь «Нужно держаться вместе». Как бизнес осваивает взаимопомощь

Удержаться на плаву малому бизнесу помогает сообщество коллег, клиентов, друзей

РБК
Дело мастера: как современные предприниматели сохраняют традиции ручного труда Дело мастера: как современные предприниматели сохраняют традиции ручного труда

Герои, которые основали свое дело и сохраняют традиции ручного труда

Esquire
10 методов, которые увеличат твое умение решать проблемы и генерировать остроумные идеи 10 методов, которые увеличат твое умение решать проблемы и генерировать остроумные идеи

Если не выучишь эти методы, то мы будем дразнить тебя тугодумом до конца дней

Maxim
10 фильмов, из-за которых критики разругались со зрителями 10 фильмов, из-за которых критики разругались со зрителями

Мнение кинокритиков и зрителей порой расходится кардинально

Maxim
Железо обвинили в утечке углекислого газа из многолетней мерзлоты Железо обвинили в утечке углекислого газа из многолетней мерзлоты

Прогнозы эмиссии углекислого газа из мерзлоты занижены примерно на 14 процентов

N+1
«Общество забирает наше личное пространство». Правнучки Зигмунда Фрейда — о плюсах одиночества «Общество забирает наше личное пространство». Правнучки Зигмунда Фрейда — о плюсах одиночества

Отрывок из книги психотерапевта Мишель Фрейд

Forbes
У двойника Солнца нашли потенциального двойника Земли У двойника Солнца нашли потенциального двойника Земли

Небесное тело, похожее на Землю, может находиться в потенциально обитаемой зоне

N+1
В зеркале чужих взглядов В зеркале чужих взглядов

Мы все нуждаемся в оценках окружающих, в их реакциях на наши слова и поступки

Psychologies
Почему в России поймут лозунг американских протестов Почему в России поймут лозунг американских протестов

Граждане России понимают, что такое не иметь привилегий в общении с силовиками

СНОБ
Удачная идея! Удачная идея!

Семь способов быстро обновить дачный интерьер

Лиза
Джеймс Роллинс: Последняя одиссея Джеймс Роллинс: Последняя одиссея

Герои книги Джеймса Роллинса «Последняя одиссея» исследуют ледники Гренландии

СНОБ
Каково это — дожить до ста лет: истории шести россиянок, успевших пожить при царе, Сталине и Путине Каково это — дожить до ста лет: истории шести россиянок, успевших пожить при царе, Сталине и Путине

Они жили при царе, при Сталине и при Путине и имеют свое мнение обо всем

Esquire
«Мне казалось, весь мир у моих ног» «Мне казалось, весь мир у моих ног»

История топ-модели Катрин Барк напоминает сказку

OK!
Больная тема Больная тема

В чем основные причины боли и дискомфорта во время интимной близости

Лиза
Государство выделит миллиард на минимизацию физических контактов россиян Государство выделит миллиард на минимизацию физических контактов россиян

Государство выделит миллиард в форме грантов на разработку любых приложений

Forbes
О вкусных преимуществах самоизоляции О вкусных преимуществах самоизоляции

За время карантина приготовление еды стало самым популярным занятием

Здоровье
175-летняя тайна: как анестезия вызывает потерю сознания 175-летняя тайна: как анестезия вызывает потерю сознания

Что происходит с организмом, когда на него начинает действовать анестезия

Популярная механика
«Синдром гуру»: как мы творим себе кумиров «Синдром гуру»: как мы творим себе кумиров

Духовные поиски — занятие благородное, но на этом пути подстерегают ловушки

Psychologies
Найден способ измeрить скорость вeтра по всей высоте атмосферы Найден способ измeрить скорость вeтра по всей высоте атмосферы

Новый метод дистанционного зондирования скорости ветра

Популярная механика
«Он боялся тратить деньги»: как арестованный глава РВК управлял компанией и что из этого вышло «Он боялся тратить деньги»: как арестованный глава РВК управлял компанией и что из этого вышло

Как Александр Повалко оказался под домашним арестом за инвестицию

Forbes
Азоту придали кристаллическую структуру черного фосфора Азоту придали кристаллическую структуру черного фосфора

Ученые впервые смогли получить полимерную модификацию азота

N+1
No Kidding Press No Kidding Press

Как зарабатывает издательство, выпускающее только феминистские книги

Inc.
Скрытые сокровища Москвы: 5 публичных мест в столице, где «спрятаны» произведения искусства Скрытые сокровища Москвы: 5 публичных мест в столице, где «спрятаны» произведения искусства

Пять публичных мест в Москве, в которых можно разглядеть произведения искусства

Forbes
Виртуальный голожаберный ASIMOV оказался склонен к «наркотической» зависимости Виртуальный голожаберный ASIMOV оказался склонен к «наркотической» зависимости

Модель простой нервной системы демонстрировала признаки зависимости

N+1
Как животным удается регенерировать глаза и почему мы так не можем Как животным удается регенерировать глаза и почему мы так не можем

Некоторые плоски черви могут полностью восстановить утраченное зрение

Популярная механика
Открыть в приложении