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

«Следующие 500 лет: Как подготовить человека к жизни на других планетах» «Следующие 500 лет: Как подготовить человека к жизни на других планетах»

Зачем превращать одни клетки в другие

N+1
10 фактов об Альберте Эйнштейне 10 фактов об Альберте Эйнштейне

Подборка интересных деталей из биографии Альберте Эйнштейне

Популярная механика
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
«Худшее, чему может научить школа, — получать хорошие оценки». Основатель Y Combinator Пол Грэм — о пользе странных увлечений и прокрастинации «Худшее, чему может научить школа, — получать хорошие оценки». Основатель Y Combinator Пол Грэм — о пользе странных увлечений и прокрастинации

Пол Грэм о стартапах, полезной прокрастинации и детях

Inc.
Цирцея и Фея Моргана: как героини древних мифов вдохновляют современных писательниц Цирцея и Фея Моргана: как героини древних мифов вдохновляют современных писательниц

Шесть современных произведений, которые переосмысляют легендарные сюжеты

Forbes
Как группа Intelligency из Белоруссии записала трек «Август», ставший одним из главных хитов TikTok Как группа Intelligency из Белоруссии записала трек «Август», ставший одним из главных хитов TikTok

Фронтмен Intelligency рассуждает о том, можно ли запланировать успех

Esquire
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
Совсем не смешно Совсем не смешно

Как не превращать юмор в оружие буллинга?

Лиза
Коррекция бровей: как сделать модную форму самой — советы мастера Коррекция бровей: как сделать модную форму самой — советы мастера

Как лучше корректировать брови самостоятельно, чтобы потом об этом не пожалеть

Cosmopolitan
Вопрос психологу: что такое коучинг и так ли он хорош на самом деле? Вопрос психологу: что такое коучинг и так ли он хорош на самом деле?

Последние пару лет интернет и соцсети так и пестрят термином «коучинг»

Esquire
100 лучших вузов 100 лучших вузов

Рейтинг впервые возглавила Высшая школа экономики

Forbes
«В моем случае связи не работают» «В моем случае связи не работают»

Ведущая Comedy Women Мария Кравченко вот-вот получит третье высшее образование

OK!
Аноним раскрыл секреты жителей маленького городка — и шантажировал их 10 лет Аноним раскрыл секреты жителей маленького городка — и шантажировал их 10 лет

За несколько недель в далеком 1976 году город переменился до неузнаваемости

Cosmopolitan
35 откровенных вопросов, которые стоит задать своей девушке (чтобы узнать, что ей нравится в постели) 35 откровенных вопросов, которые стоит задать своей девушке (чтобы узнать, что ей нравится в постели)

Открытое общение между любовниками — залог более приятного секса

Playboy
Как вежливо отказать работодателю после собеседования: полезное руководство Как вежливо отказать работодателю после собеседования: полезное руководство

Не на каждое же предложение соглашаться

Playboy
Не время хоронить Не время хоронить

Василий Степанов о первом фильме фем-бондианы

Weekend
Одиночество — вирус, который передается по наследству Одиночество — вирус, который передается по наследству

Как за последние 100 лет изменился образ одинокой женщины?

Psychologies
98-й и 100-й бензин: в какие машины его лучше не заливать 98-й и 100-й бензин: в какие машины его лучше не заливать

Разбираем мифы о высокооктановом топливе

РБК
Отрывок из книги Виталия Егорова «Люди на Луне» Отрывок из книги Виталия Егорова «Люди на Луне»

Книга «Люди на Луне. Главные ответы» рассказывает о полет Apollo

СНОБ
Следы крупных птерозавров в Корее приписали наземным двуногим крокодиломорфам Следы крупных птерозавров в Корее приписали наземным двуногим крокодиломорфам

Считалось, что большие птерозавры передвигались по земле на задних конечностях

N+1
Опережая некролог Опережая некролог

Отрывок из мемуаров Александра Ширвиндта «Опережая некролог»

СНОБ
Краткая история аспирина: что это такое и как он появился Краткая история аспирина: что это такое и как он появился

Алексей Водовозов рассказывает, как изобрели самое популярное лекарство XX века

Популярная механика
Как полюбить свой гнев Как полюбить свой гнев

Общество навесило на гнев ярлык «плохого чувства» и запретило его показывать

Psychologies
«С утра я на подиуме, а вечером уже меняю кому-то унитаз»: Надя LERTULO, модель агентства Lumpen «С утра я на подиуме, а вечером уже меняю кому-то унитаз»: Надя LERTULO, модель агентства Lumpen

Моделью Надя стала в 37 лет, благодаря фотографии спины, сделанной на стройке

Домашний Очаг
Голодные игры: звезды, которые сидели на опасных диетах ради славы Голодные игры: звезды, которые сидели на опасных диетах ради славы

Как худели знаменитости: стоит ли голодать и какие у этого последствия?

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

Небольшое наставление о бананотехнологиях и не только

Популярная механика
Месть хазарам Месть хазарам

Многим нравится именовать себя потомками строителей могучих империй

Дилетант
В чем секрет феноменальной популярности «Сумерек»: преподаватель зарубежной литературы из МГУ разбирает историю о любви вампира и обыкновенной девушки В чем секрет феноменальной популярности «Сумерек»: преподаватель зарубежной литературы из МГУ разбирает историю о любви вампира и обыкновенной девушки

Как «Сумерки» превратились в одну из самых коммерчески успешных мелодрам

Esquire
История пластических операций: от Древнего Египта до наших дней История пластических операций: от Древнего Египта до наших дней

Как развивалась эстетическая хирургия?

Популярная механика
Терапия измены: чем может помочь психолог, если вы решили сохранить брак Терапия измены: чем может помочь психолог, если вы решили сохранить брак

Как пережить измену с помощью психотерапии

Cosmopolitan
Открыть в приложении