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

Облака над сушей уменьшили нисходящее длинноволновое излучение Облака над сушей уменьшили нисходящее длинноволновое излучение

Еще один природный механизм, противостоящий потеплению

N+1
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
Напряженное слушание заставило людей напрячь ушные мышцы Напряженное слушание заставило людей напрячь ушные мышцы

Как ушные мышцы, отвечающие за шевеление ушей, реагируют на напряженное слушание

N+1
Как можно с Кореей Как можно с Кореей

Южнокорейские айдолы становятся главными мировыми инфлюенсерами

Vogue
7 самых распространенных способов обмана на шиномонтаже 7 самых распространенных способов обмана на шиномонтаже

Как не попасться на крючок мошенников в шиномонтаже

Maxim
Чистим гардероб: топ-7 вещей, от которых ты должна избавиться немедленно Чистим гардероб: топ-7 вещей, от которых ты должна избавиться немедленно

Эти старые вещи давно пора выбросить

Cosmopolitan
Всеобщее счастье: рецепты народов мира Всеобщее счастье: рецепты народов мира

Как жить в гармонии и радости: ответы жителей разных стран

Psychologies
Правила жизни Фрэнсис Макдорманд Правила жизни Фрэнсис Макдорманд

Правила жизни актрисы Фрэнсис Макдорманд

Esquire
«Мам, посмотри на меня!»: дети рассказывают, как с ними (не) надо играть «Мам, посмотри на меня!»: дети рассказывают, как с ними (не) надо играть

Мы не всегда понимаем, что детям от нас нужно

Psychologies
10 звезд, которые создали семью не с коллегами, а с обычными людьми 10 звезд, которые создали семью не с коллегами, а с обычными людьми

Кем работают вторые половинки популярных актеров и музыкантов

Cosmopolitan
Как женщины в России используют краудфандинг и почему преуспевают в нем больше мужчин Как женщины в России используют краудфандинг и почему преуспевают в нем больше мужчин

Как менялся краудфандинг в России за последние 8 ле

Forbes
«Папины деньги — это папины деньги. Строить за детей жизнь я не буду». Правила воспитания бизнесмена и отца 23 детей Романа Авдеева «Папины деньги — это папины деньги. Строить за детей жизнь я не буду». Правила воспитания бизнесмена и отца 23 детей Романа Авдеева

Какими правилами руководствуется отец 23 детей, из которых 17 усыновленных

Forbes
Что будет, когда на планете закончится еда Что будет, когда на планете закончится еда

Небольшое наставление о бананотехнологиях и не только

Популярная механика
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
Пародонтит усугубил колит у мышей Пародонтит усугубил колит у мышей

Пародонтит может привести к тяжелому воспалению кишечника

N+1
Рю Мураками: Пирсинг Рю Мураками: Пирсинг

Первые главы из романа Рю Мураками

СНОБ
Почему сосновая хвоя полезна против вредных бактерий Почему сосновая хвоя полезна против вредных бактерий

Экстракты хвои активны против грамотрицательных бактерий

Популярная механика
Сон без белья, вода с лимоном и другие полезные ежедневные привычки Сон без белья, вода с лимоном и другие полезные ежедневные привычки

Советы, которые изменят ваше самочувствие и здоровье

Cosmopolitan
Land Cruiser по-китайски. Тест-драйв GAC GS8 Land Cruiser по-китайски. Тест-драйв GAC GS8

Что у внедорожника из Поднебесной с харизмой и проходимостью

РБК
Мода для всех: кто создает одежду для людей с инвалидностью Мода для всех: кто создает одежду для людей с инвалидностью

Что из себя представляет адаптивная мода сегодня

GQ
Изобретательное меньшинство Изобретательное меньшинство

Последнюю субботу июня в России отмечают день изобретателя и рационализатора

Огонёк
Магия и секреты Сальвадора Дали Магия и секреты Сальвадора Дали

Истории из жизни великого сюрреалиста Сальвадора Дали

Культура.РФ
Поэт, романтик, рыцарь и идеалист Поэт, романтик, рыцарь и идеалист

Мы поговорили с музыкантом Loc-Dog о том, что всё не так легко, как кажется

OK!
«Люди на Луне. Главные ответы» «Люди на Луне. Главные ответы»

Был ли достаточно развит технический уровень в 1960-е годы для полета на Луну

N+1
Правила жизни Зинедина Зидана Правила жизни Зинедина Зидана

Правила жизни выдающегося французского футболиста и тренера Зинедина Зидана

Esquire
Охота к перемене дат Охота к перемене дат

Праздничный календарь на пороге новых перемен

Огонёк
Честные вопросы, которые помогут расстаться с лишним весом Честные вопросы, которые помогут расстаться с лишним весом

Длительный карантин принес с собой и лишние килограммы

Psychologies
Каково это — гастролировать с Queen. Интервью со старшим техником группы Питером Хинсом Каково это — гастролировать с Queen. Интервью со старшим техником группы Питером Хинсом

Воспоминания Питера Хинса — техника Queen, который гастролировал с группой

Esquire
Складчатогубы узнали сородичей по охотничьему сигналу Складчатогубы узнали сородичей по охотничьему сигналу

Летучие мыши складчатогубы Палласа различают голоса сородичей

N+1
Учёные нашли способ увеличить ёмкость аккумуляторов с помощью сурьмы: как это работает и есть ли альтернативы Учёные нашли способ увеличить ёмкость аккумуляторов с помощью сурьмы: как это работает и есть ли альтернативы

Группа исследователей попробовала улучшить литий-ионные аккумуляторы

VC.RU
Открыть в приложении