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

ДНК с троса краболовки помогла определить экотип запутавшейся и погибшей косатки ДНК с троса краболовки помогла определить экотип запутавшейся и погибшей косатки

Зоологи установили происхождение косатки, хотя не имели ничего, кроме снасти

N+1
Пьяные за рулем: болезнь или преступление? Пьяные за рулем: болезнь или преступление?

Алкоголизм — болезнь, но может ли она быть оправданием для убийцы?

Psychologies
Хроническое употребление каннабиса связали с повышенным риском болезней сердца и сосудов Хроническое употребление каннабиса связали с повышенным риском болезней сердца и сосудов

Употребление каннабиса связано с риском сердечно-сосудистых заболеваний

N+1
Конец «путинского большинства»: о чем на самом деле говорится в докладе группы Белановского Конец «путинского большинства»: о чем на самом деле говорится в докладе группы Белановского

О докладе социологов, предсказавший рост в России протестных настроений

Forbes
Что сексологи никогда не делают в спальне: 7 главных табу Что сексологи никогда не делают в спальне: 7 главных табу

Чего сексологи, основываясь на профессиональном опыте, избегают делать в спальне

Psychologies
5 признаков, что тебе пора увольняться из компании, где ты сейчас работаешь 5 признаков, что тебе пора увольняться из компании, где ты сейчас работаешь

Задумайся о смене работы, если на кону твое благополучие

Playboy
8 фильмов ужасов, в которых всего одна (одна!) жертва 8 фильмов ужасов, в которых всего одна (одна!) жертва

Казалось бы, невозможно построить толковый хоррор всего на одном трупе

Maxim
Андрей Жданов: «Текучки у нас почти нет» Андрей Жданов: «Текучки у нас почти нет»

Aq Kitchen — это высочайший уровень, с которого уже невозможно спуститься

Bones
Всерьёз и надолго Всерьёз и надолго

Мотоциклы категории 500–700 куб.см

Мото
Бандитское семейство Бандитское семейство

Как с возрастом себя чувствует последний из «Бандитов» Suzuki?

Мото
Месть хазарам Месть хазарам

Многим нравится именовать себя потомками строителей могучих империй

Дилетант
Нужно ли обсуждать с детьми свои переживания при разводе? Нужно ли обсуждать с детьми свои переживания при разводе?

Как наши переживания о разводе влияют на детей

Psychologies
Ликбез для всех студентов: как правильно читать научные статьи Ликбез для всех студентов: как правильно читать научные статьи

Работа с научными источниками — это навыки, которые обходят учебные программы

Популярная механика
Крутой сюжет и горячие актеры: 7 сериалов для фанатов Крутой сюжет и горячие актеры: 7 сериалов для фанатов

Подборка сериалов, похожих на «Бумажный дом»

Cosmopolitan
«Боец до конца»: как Даниил Медведев стал новым героем русского тенниса «Боец до конца»: как Даниил Медведев стал новым героем русского тенниса

Как Даниилу Медведеву удалось добиться успеха в большом теннисе?

Forbes
Я худею: как я сбросила 60 килограммов, изменив некоторые привычки Я худею: как я сбросила 60 килограммов, изменив некоторые привычки

Главное препятствие на пути к здоровому образу жизни - нехватка силы воли

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

Как жить в гармонии и радости: ответы жителей разных стран

Psychologies
Одна вокруг света на карантине: карма и индийское бездорожье Одна вокруг света на карантине: карма и индийское бездорожье

73-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко и ее собаки

Forbes
Конор Макгрегор снова завершил карьеру бойца, но ему никто не верит Конор Макгрегор снова завершил карьеру бойца, но ему никто не верит

Насколько серьезны намерения ирландца Конора Макгрегора

GQ
Фрол Буримский Фрол Буримский

Модный специалист Фрол Буримский предвосхитил тренд на внутренний туризм

Собака.ru
Когда длина имеет значение: почему одни фотоны убивают, а другие нет Когда длина имеет значение: почему одни фотоны убивают, а другие нет

О проявлениях одного и того же физического явления: электромагнитного излучения

Популярная механика
Как привлечь хорошего инвестора в стартап? Пять секретов Skyeng Как привлечь хорошего инвестора в стартап? Пять секретов Skyeng

На что обращает внимание инвестор, разыскивая компанию для инвестиций

Forbes
Не мыльная Россия Не мыльная Россия

Василий Степанов о «Чиках» как русских «Бесстыжих»

Weekend
«Нужно держаться вместе». Как бизнес осваивает взаимопомощь «Нужно держаться вместе». Как бизнес осваивает взаимопомощь

Удержаться на плаву малому бизнесу помогает сообщество коллег, клиентов, друзей

РБК
Псевдотсуги Мензиса замедлят свой рост в ответ на потепление Псевдотсуги Мензиса замедлят свой рост в ответ на потепление

Псевдотсуги Мензиса станут поглощать меньше углекислого газа

N+1
100 лучших вузов 100 лучших вузов

Рейтинг впервые возглавила Высшая школа экономики

Forbes
Дом Мельникова: уникальный памятник инженерной мысли Дом Мельникова: уникальный памятник инженерной мысли

Дом Мельникова — икона и символ архитектурного авангарда

Популярная механика
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
“Панголина”: уникальный суперкар-самоделка родом из СССР “Панголина”: уникальный суперкар-самоделка родом из СССР

“Панголина” — символ советского движения "самавто"

Популярная механика
Можете больше не бояться кислотных дождей. У нас новая напасть – пластиковые ливни Можете больше не бояться кислотных дождей. У нас новая напасть – пластиковые ливни

И в самых чистых и защищенных районах Земли ученые находят тонны микропластика

GQ
Открыть в приложении