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

«Джеймс Уэбб» вновь нашел в атмосфере потенциального гикеана диметилсульфид «Джеймс Уэбб» вновь нашел в атмосфере потенциального гикеана диметилсульфид

«Джеймс Уэбб» вновь обнаружил признаки наличия диметилсульфида

N+1
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
Ядерная война приведет к потере 80 процентов урожая кукурузы Ядерная война приведет к потере 80 процентов урожая кукурузы

Ядерная война уронит годовое производство кукурузы на планете на 80 процентов

N+1
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
Укус осы: правила первой помощи и 8 советов, как его избежать Укус осы: правила первой помощи и 8 советов, как его избежать

Большой угрозы укус осы не представляет, но есть исключения

РБК
Семечки не работают: как мотивировать сотрудников после окончания карантина Семечки не работают: как мотивировать сотрудников после окончания карантина

Как руководители смогут мотивировать сотрудников в мире после пандемии

Forbes
Прототипы героев романа «Мастер и Маргарита» Прототипы героев романа «Мастер и Маргарита»

Прообразами героев становились друзья и оппоненты Михаила Булгакова

Культура.РФ
Всеобщее счастье: рецепты народов мира Всеобщее счастье: рецепты народов мира

Как жить в гармонии и радости: ответы жителей разных стран

Psychologies
Как безумный англичанин Фуллер строил пирамиды Как безумный англичанин Фуллер строил пирамиды

Джек Фуллер построил в Великобритании настоящую египетскую пирамиду

Популярная механика
Формируй горизонт и властвуй. Как женщины учатся мыслить стратегически Формируй горизонт и властвуй. Как женщины учатся мыслить стратегически

Что такое стратегическое мышление и какие преимущества оно может дать в карьере

Forbes
Как читать «Доктора Живаго» Как читать «Доктора Живаго»

Как Пастернак подвел романом «Доктора Живаго» итоги своего жизненного пути

Культура.РФ
Статья о смысле жизни Статья о смысле жизни

Константин Зарубин пытается ответить на главный философский вопрос

СНОБ
«Нельзя сравнить сладкое и зеленое». Алексей Венедиктов, Лика Кремер и другие эксперты о том, убьют ли подкасты радио «Нельзя сравнить сладкое и зеленое». Алексей Венедиктов, Лика Кремер и другие эксперты о том, убьют ли подкасты радио

Потеснила ли новая индустрия подкастов радио

Forbes
Договор на берегу: 5 советов, как подготовиться к декрету Договор на берегу: 5 советов, как подготовиться к декрету

План по подготовке к декрету с точки зрения финансовой безопасности

Forbes
Родион Шишков Родион Шишков

Экономист и бывший топ-менеджер «Почты России» создал наш ответ Uber

Собака.ru
Уехать или остаться. Где учатся дети российских предпринимательниц Уехать или остаться. Где учатся дети российских предпринимательниц

Как современные деловые женщины выбирают образование для своих детей

Forbes
У людей обнаружили стереообоняние У людей обнаружили стереообоняние

Сетереобоняние вероятно, не связано с тройничным нервом

N+1
В тени густых аллей В тени густых аллей

Не самые известные усадьбы, в которых стоит побывать

Лиза
Каким получился новый альбом Боба Дилана Каким получился новый альбом Боба Дилана

Что рассказывает нам 39-я пластинка Боба Дилана «Rough and Rowdy Ways»

РБК
Что означают названия автомобильных марок Что означают названия автомобильных марок

Названия автомобильных марок происходят не только от имен и фамилий

Maxim
Мои десерты лучше сочетать с вином! Мои десерты лучше сочетать с вином!

Два брата, два шефа — такое редко встречается

Bones
Методы варки кофе: научный взгляд на кофеин и вкусовые качества Методы варки кофе: научный взгляд на кофеин и вкусовые качества

Споры о том, какой способ приготовления кофе считать правильным, ведутся издавна

Популярная механика
Электронный нос определил зрелость персиков на дереве Электронный нос определил зрелость персиков на дереве

Новая разработка классифицировала степень спелости персика в 51 случае из 52

N+1
Новая программа находит родственные участки геномов разных животных Новая программа находит родственные участки геномов разных животных

Инструменты, которые помогают выяснить, насколько два вида близки друг к другу

Популярная механика
Космическая мода: кому важна эстетика скафандров Космическая мода: кому важна эстетика скафандров

В XXI веке происходит пересмотр подходов к дизайну космических скафандров

Популярная механика
Почему меня возбуждают очкарики? Почему меня возбуждают очкарики?

Их выбор неизменно останавливается на мужчинах в очках

Psychologies
Вот это вещь! Вот это вещь!

Вспомним, чем мы пользовались в 1995-м – дома, на кухне и на работе

Лиза
Магнитная губка поможет бороться с разливами нефти Магнитная губка поможет бороться с разливами нефти

Такие губки благодаря своему покрытию эффективно впитывают нефть

N+1
«#панталоныфракжилет: Что такое языковые заимствования и как они работают» «#панталоныфракжилет: Что такое языковые заимствования и как они работают»

Отрывок из книги, которая поможет разобраться в природе заимствованных слов

N+1
В сердцах шимпанзе обнаружили кости В сердцах шимпанзе обнаружили кости

В сердце шимпанзе впервые обнаружили костные структуры

N+1
Открыть в приложении