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

Ответственность за три четверти ожидаемых случаев рака желудка возложили на хеликобактер Ответственность за три четверти ожидаемых случаев рака желудка возложили на хеликобактер

Хроническая инфекция хеликобактер служит основной причиной рака желудка

N+1
«Прекрасная эпоха»: сказка о потерянном времени «Прекрасная эпоха»: сказка о потерянном времени

Ностальгия способна сыграть с нами злую шутку

Psychologies
Северный олень добрался до испанской Атапуэрки не меньше 243 тысяч лет назад Северный олень добрался до испанской Атапуэрки не меньше 243 тысяч лет назад

Испанские ученые обнаружили в Атапуэрке зуб северного оленя времен оледенений

N+1
Олимпийский автопарк. На чем ездили по Москве летом 1980-го Олимпийский автопарк. На чем ездили по Москве летом 1980-го

Яркие автомобили Олимпиады-80

РБК
Как нас обманывает Disney: чем на самом деле заканчиваются популярные детские сказки Как нас обманывает Disney: чем на самом деле заканчиваются популярные детские сказки

Почти у каждой сказки, которую вы читали в детстве, есть версия 18+...

ТехИнсайдер
Крид, Загитова, Элджей: самые молодые российские звезды в рейтинге Forbes Крид, Загитова, Элджей: самые молодые российские звезды в рейтинге Forbes

Самые молодые участники рейтинга 40 самых успешных звезд России по версии Forbes

Forbes
Членство в секте и насилие над детьми: темная сторона жизни Эдуарда Успенского Членство в секте и насилие над детьми: темная сторона жизни Эдуарда Успенского

Чего мы не знаем о детском писателе Эдуарде Успенском?

Cosmopolitan
«Быть девочкой уже считалось недостатком». История кореянки, которая пошла против традиций «Быть девочкой уже считалось недостатком». История кореянки, которая пошла против традиций

Таэ Юн Ким пережила тяжелое детство, но смогла выжить и стать сильнее

Forbes
Сальто над пропастью Сальто над пропастью

Лучший риск — хорошо организованный

Вокруг света
Американский литературный критик нашла связь между произведениями Льва Толстого и протестами в США Американский литературный критик нашла связь между произведениями Льва Толстого и протестами в США

Взгляды позднего Льва Толстого оказались очень близки американцам

Esquire
«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
Что такое рак и как не допустить его развития: бич XXI века Что такое рак и как не допустить его развития: бич XXI века

Рак — это болезнь, которая подстерегает человека внутри его организма

Популярная механика
Первый как второй Первый как второй

Во многих из ресторанов работают вторые шефы

Bones
Недопустимый TON Недопустимый TON

Криптовалютный проект Павла Дурова был высоко оценен инвесторами

Forbes
Забудьте о дедлайнах и запаситесь терпением. Как вести бизнес в Африке Забудьте о дедлайнах и запаситесь терпением. Как вести бизнес в Африке

Почему российские компании стремятся выйти на африканский рынок

Forbes
10 лучших кинокаров всех времен 10 лучших кинокаров всех времен

Выбор правильного автомобиля так же важен, как и правильно подобранные актеры

Популярная механика
Развязать язык: Esquire переводит на русский язык плохо поддающиеся переводу иностранные слова Развязать язык: Esquire переводит на русский язык плохо поддающиеся переводу иностранные слова

Чтобы разгадать народ, обратитесь к его непереводимым словам

Esquire
Обещание счастья Обещание счастья

Как дофамин влияет на вес

Худеем правильно
«Как я пыталась развивать женственность и чем это закончилось» «Как я пыталась развивать женственность и чем это закончилось»

Но что же такое женственность на самом деле?

Psychologies
Как мы строили Как мы строили

Как открывался ресторан «The Печь»

Bones
Жена астронавта. Кто ждет дома членов экипажа Crew Dragon, запущенного к МКС Илоном Маском Жена астронавта. Кто ждет дома членов экипажа Crew Dragon, запущенного к МКС Илоном Маском

Астронавты Дуглас Херли и Роберт Бенкен не только коллеги, но и лучшие друзья

Forbes
Палеонтологи реконструировали последнюю трапезу панцирного динозавра Палеонтологи реконструировали последнюю трапезу панцирного динозавра

Анализ содержимого желудка динозавра, что он ел в основном листья папоротников

N+1
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
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
Города-рекордсмены: самый высокий, далекий и загруженный Города-рекордсмены: самый высокий, далекий и загруженный

Знакомимся с интересными городами заочно

Популярная механика
«Если проиграете, можете просто выпить»: способы инвестиций в вино, доходность и риски «Если проиграете, можете просто выпить»: способы инвестиций в вино, доходность и риски

Преимущества и недостатки вина как объекта инвестирования

VC.RU
К звездам: лучшие фильмы про космос К звездам: лучшие фильмы про космос

Представляем подборку отличных фильмов о космосе

Esquire
Идея: спрятать лицо стильно Идея: спрятать лицо стильно

Многих из нас маски и респираторы очень украшают

Maxim
Что читать на выходных: отрывок из книги Жюдит Дюпортей «Любовь по алгоритму. Как Tinder диктует, с кем нам спать» Что читать на выходных: отрывок из книги Жюдит Дюпортей «Любовь по алгоритму. Как Tinder диктует, с кем нам спать»

Как Жюдит Дюпортей брала интервью у сооснователя Тиндера

Esquire
Эффект Новой Земли, или История одного миража Эффект Новой Земли, или История одного миража

Эффект Новой Земли — так называется редкое оптическое явление

Наука и жизнь
Открыть в приложении