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

Астрономы отыскали удивительно развитую перемычку у спиральной галактики в ранней Вселенной Астрономы отыскали удивительно развитую перемычку у спиральной галактики в ранней Вселенной

Астрономы обнаружили у галактики J0107a необычно развитую центральную перемычку

N+1
«Счастье – это когда тебя любят те, кого ты любишь» «Счастье – это когда тебя любят те, кого ты любишь»

Рассуждение о счастье в кризисные времена может показаться неуместным

Psychologies
Colossal возродит новозеландских моа Colossal возродит новозеландских моа

Colossal Biosciences заявила о планах возродить новозеландских моа

N+1
Почему комары кусают не всех Почему комары кусают не всех

Комары кусают не всех — это факт

Наука и жизнь
Иммунитет от хамства: как реагировать на грубость Иммунитет от хамства: как реагировать на грубость

Как защититься от хамства, не опускаясь до него?

Psychologies
Мясной клуб Мясной клуб

Даже в разгар сезона овощей многие не мыслят жизни без мяса

Худеем правильно
Выручали 200 тысяч рублей в месяц, расходов мало: в чём состоял бизнес «переадресаторов» для заблокированного Telegram Выручали 200 тысяч рублей в месяц, расходов мало: в чём состоял бизнес «переадресаторов» для заблокированного Telegram

Эти сервисы еще могут пригодиться, если Facebook поссорится с Павлом Дуровым

VC.RU
Список книг на лето: 5 главных книжных новинок июня Список книг на лето: 5 главных книжных новинок июня

Любовь двух женщин, ирландские приключения и гибель Запада

Esquire
Судят по себе: какие письма пишут себе заключенные, приговоренные к длительным срокам Судят по себе: какие письма пишут себе заключенные, приговоренные к длительным срокам

Как один неверный выбор может изменить всю жизнь

Esquire
Яна Степанова: «Воркаут на свежем воздухе – лучший тональный крем» Яна Степанова: «Воркаут на свежем воздухе – лучший тональный крем»

Яна Степанова поделилась своими секретами стройности

Худеем правильно
Ленин: история пломбированного вагона Ленин: история пломбированного вагона

Отрывок из книги «Ленин. Человек, который изменил все»

СНОБ
Есть ли жизнь на Камчатке Есть ли жизнь на Камчатке

Юрий Дудь снял фильм про Камчатский полуостров

СНОБ
Конец любви: как меняется наш основной инстинкт Конец любви: как меняется наш основной инстинкт

Любовь, влечение и секс будут у человечества всегда? Как бы не так!

Psychologies
Монофизиты: божественное, слишком божественное Монофизиты: божественное, слишком божественное

Расколы и ереси. Проект Сергея Ходнева

Weekend
Вместе или врозь Вместе или врозь

Всё чаще можно услышать, что огурцы не «дружат» с помидорами

Худеем правильно
Жуков-бомбардиров накормили дейтерированным метакрезолом и заставили стрелять Жуков-бомбардиров накормили дейтерированным метакрезолом и заставили стрелять

Ученые изучили биохимию защитного спрея жуков-бомбардиров

N+1
Невидимая опасность Невидимая опасность

Насколько надо контролировать ребенка в Сети, чтобы не нарушать его границ

Лиза
Выброс рутения в 2017 году оказался не связан с производством оружейного плутония Выброс рутения в 2017 году оказался не связан с производством оружейного плутония

Как в 2017 году в атмосферу попал рутений?

N+1
Короли небылиц: звёзды, которые придумали себе биографии, — и все им поверили Короли небылиц: звёзды, которые придумали себе биографии, — и все им поверили

Добавив небылиц в свои биографии, они обманули фанатов

Cosmopolitan
15 безумных поступков, совершенных ради женщины 15 безумных поступков, совершенных ради женщины

Ради женщин эти люди перешли все границы

Maxim
Посмертные приключения тела: что происходит с останками знаменитостей Посмертные приключения тела: что происходит с останками знаменитостей

Некоторым знаменитостям удалось продолжить свое посмертное существование

Популярная механика
Почему кофе любят миллионы и причем здесь реклама Почему кофе любят миллионы и причем здесь реклама

Почему люди не только обожают кофе, но и готовы продвигать его в своих соцсетях

РБК
Выбрать собаку и жить с ней в ладу: советы зоопсихолога Выбрать собаку и жить с ней в ладу: советы зоопсихолога

По каким параметрам подбирать себе собаку и как сосуществовать с ней в ладу

Psychologies
Единственная в мире операция с 300% смертностью: хирург убил разом трех человек Единственная в мире операция с 300% смертностью: хирург убил разом трех человек

Роберт Листон — одна из самых выдающихся фигур врачебного мира XIX века

Cosmopolitan
Как изменились елочные игрушки с приходом советской власти? Как изменились елочные игрушки с приходом советской власти?

Елочная игрушка появилась в России примерно в 30-е годы XIX века

Культура.РФ
Яйцеклетки человека оказались разборчивы в выборе сперматозоидов Яйцеклетки человека оказались разборчивы в выборе сперматозоидов

Оказывается, яйцеклетки избирательно притягивают к себе сперматозоиды

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
Заплатить 25 тысяч рублей, чтобы поехать строить причал в деревне в Карелии: история турагентства «Альтуризм» Заплатить 25 тысяч рублей, чтобы поехать строить причал в деревне в Карелии: история турагентства «Альтуризм»

«Альтуризм» предлагает провести выходные в российской глубинке

VC.RU
Наши шесть соток Наши шесть соток

Герои «Татлера» оценили спасительную сень родных яблонь, вишен и калин

Tatler
Новый текст Любы Макаревской Новый текст Любы Макаревской

Новый текст Любы Макаревской об одержимости, любви и фантазмах

СНОБ
Открыть в приложении