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

«Звери рейха. Образы животных и немецкая пропаганда» «Звери рейха. Образы животных и немецкая пропаганда»

Как евгеника определила облик немецкой овчарки

N+1
Статья о смысле жизни Статья о смысле жизни

Константин Зарубин пытается ответить на главный философский вопрос

СНОБ
1647-летний можжевельник из Финляндии назвали старейшим древесным растением тундры и Европы 1647-летний можжевельник из Финляндии назвали старейшим древесным растением тундры и Европы

Старейший можжевельник из Финляндии рос с 260 по 1906 год

N+1
Двухголовые собаки и слон под ЛСД: 7 неэтичных научных опытов Двухголовые собаки и слон под ЛСД: 7 неэтичных научных опытов

Некоторые исследователи готовы использовать любые средства для своих гипотез

РБК
Сила воли: что мешает нам добиваться цели Сила воли: что мешает нам добиваться цели

Проблема отсутствия силы воли – в образе жизни, который ее ослабляет

Psychologies
60% заполняемости зала равны нулю: почему частные театры просят государство о помощи 60% заполняемости зала равны нулю: почему частные театры просят государство о помощи

Почему театрам приходится просить системной финансовой поддержки у государства

Forbes
Спайк Ли: «Трамп войдет в историю как худший президент США» Спайк Ли: «Трамп войдет в историю как худший президент США»

Спайк Ли о том, кого считает виновным в полицейском произволе

GQ
Сара Перри: Мельмот Сара Перри: Мельмот

Фрагмент из романа Сары Перри о неприметной англичанке Хелен Франклин

СНОБ
«Он боялся тратить деньги»: как арестованный глава РВК управлял компанией и что из этого вышло «Он боялся тратить деньги»: как арестованный глава РВК управлял компанией и что из этого вышло

Как Александр Повалко оказался под домашним арестом за инвестицию

Forbes
Время Стрельца. Летнее небо Время Стрельца. Летнее небо

Лето — наилучшее время для наблюдения за созвездием Стрельца

Наука и жизнь
Дети «Дома-2»: как живут малыши, которые родились на глазах у всей страны Дети «Дома-2»: как живут малыши, которые родились на глазах у всей страны

В этом году российскому реалити-шоу «Дом-2» исполнилось 16 лет

Cosmopolitan
От «Рождения нации» до «Левиафана»: фильмы, которые изменили наш взгляд на мир От «Рождения нации» до «Левиафана»: фильмы, которые изменили наш взгляд на мир

Фильмы, которые оказали влияние на реальную жизнь и на настроения масс людей

РБК
Dark Kitchen: Продукт без границ Dark Kitchen: Продукт без границ

Встречайте проект Dark Kitchen — кухню без зала и сервиса

Bones
9 послетитровых сцен в известных фильмах, которые были вырезаны 9 послетитровых сцен в известных фильмах, которые были вырезаны

Хорошо смеется тот герой фильма, кто смеется после титров!

Maxim
Ученые описали четыре новых вида ксенофиофор со дна Тихого океана Ученые описали четыре новых вида ксенофиофор со дна Тихого океана

Описаны четыре новых вида гигантских одноклеточных ксенофиофор

N+1
Путеводная звезда: как ориентироваться по звёздам Путеводная звезда: как ориентироваться по звёздам

Сориентироваться на местности поможет звёздное небо

Популярная механика
Александр Соболев: «Даже один масштабируемый пилот полностью окупает двухлетнюю работу со стартапами» Александр Соболев: «Даже один масштабируемый пилот полностью окупает двухлетнюю работу со стартапами»

Как гибкость стартапов помогает корпоративному миру внедрять новые решения

РБК
Жестокая доброта: почему никогда нельзя жалеть слабых сотрудников и как от них избавиться Жестокая доброта: почему никогда нельзя жалеть слабых сотрудников и как от них избавиться

Как вычислить слабых сотрудников?

Forbes
Алина Болотина Алина Болотина

Супермодель из Петербурга делает больше показов, чем Белла Хадид

Собака.ru
Женщина, которая со всем не согласна: как лауреат Нобелевской премии Фрэнсис Арнольд переворачивает науку с ног на голову Женщина, которая со всем не согласна: как лауреат Нобелевской премии Фрэнсис Арнольд переворачивает науку с ног на голову

Почему так важны открытия Фрэнсис Арнольд?

Forbes
Световая вспышка сопроводила гравитационные волны от вероятного слияния черных дыр Световая вспышка сопроводила гравитационные волны от вероятного слияния черных дыр

Слияние пары черных дыр может сопровождаться электромагнитной вспышкой

N+1
«Я никогда не занимался бизнесом, чтобы зарабатывать деньги». Ричард Брэнсон — о неудачах, репутации и счастье «Я никогда не занимался бизнесом, чтобы зарабатывать деньги». Ричард Брэнсон — о неудачах, репутации и счастье

Ричард Брэнсон — о целях бизнеса, правилах делегирования и управления компанией

Inc.
Илья Чех Илья Чех

Илья Чех основал компанию, совершившую революцию в российском протезировании

Собака.ru
Задачка с подвохом: как разыграли Эйнштейна Задачка с подвохом: как разыграли Эйнштейна

Загадка, которая заставила Альберта Эйнштейна хорошенько поскрипеть мозгами

Популярная механика
Какое будущее ждет МКС после исторического запуска SpaceX Какое будущее ждет МКС после исторического запуска SpaceX

Появление нового перевозчика означает, что будущее МКС изменится

Популярная механика
Спокойствие, только спокойствие: управляем своим состоянием с помощью дыхания Спокойствие, только спокойствие: управляем своим состоянием с помощью дыхания

Сохранение спокойствия очень важно для психического и физического благополучия

Cosmopolitan
#инструктаж: как покупать в интернет-магазинах и не ошибаться #инструктаж: как покупать в интернет-магазинах и не ошибаться

Разбираемся, как безопасно использовать онлайн-магазины

РБК
«Под покровом рясы и обители» «Под покровом рясы и обители»

Один из самых выдающихся процессов первой эпохи нового, пореформенного суда

Дилетант
12 сюрпризов, спрятанных в известных фильмах 12 сюрпризов, спрятанных в известных фильмах

У тебя появился серьезный повод пересмотреть любимые фильмы по 15-му разу!

Maxim
Вышел сериал «Сквозь снег» — новая адаптация триллера Пона Джун Хо. Увы, до оригинала ему очень далеко Вышел сериал «Сквозь снег» — новая адаптация триллера Пона Джун Хо. Увы, до оригинала ему очень далеко

Сериал «Сквозь снег» — 10-серийный ремейк одноименного триллера Пона Джун Хо

Esquire
Открыть в приложении