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

Итальянские протеи покинули пещеры ради охоты на червей Итальянские протеи покинули пещеры ради охоты на червей

Ранее считалось, что европейские протеи проводят под землей всю жизнь

N+1
Как животным удается регенерировать глаза и почему мы так не можем Как животным удается регенерировать глаза и почему мы так не можем

Некоторые плоски черви могут полностью восстановить утраченное зрение

Популярная механика
Геологическую активность молодого Марса объяснили вертикальной тектоникой Геологическую активность молодого Марса объяснили вертикальной тектоникой

Марс был гораздо более тектонически активен, чем считали ученые

N+1
Слушаем музыку: 5 правил, чтобы избавиться от стереотипов Слушаем музыку: 5 правил, чтобы избавиться от стереотипов

Как отказаться от предубеждений и открыться незнакомому музыкальному опыту?

Psychologies
Восемь продуктов, повышающих гемоглобин Восемь продуктов, повышающих гемоглобин

Какие продукты помогут повысить гемоглобин в крови и справиться с анемией

РБК
«Кажется, в нашей семье есть пара ангелов-хранителей»: воспоминания о войне «Кажется, в нашей семье есть пара ангелов-хранителей»: воспоминания о войне

У каждого свои личные истории и воспоминания о войне

Psychologies
Своя игра Своя игра

Архитектор Александр Кратович разработал интерьер загородного дома под Минском

SALON-Interior
Тина Канделаки: «Поддерживать фигуру – кропотливый труд» Тина Канделаки: «Поддерживать фигуру – кропотливый труд»

Сложно представить, что Тина Канделаки имела проблемы с лишним весом

Худеем правильно
Архитекторы, которым не заплатили Архитекторы, которым не заплатили

Коварные заказчики и исполнители-альтруисты

Культура.РФ
Мягкое ископаемое яйцо из Антарктиды приписали семиметровому мозазавру Мягкое ископаемое яйцо из Антарктиды приписали семиметровому мозазавру

Найдено самое крупное из известных яиц с мягкой скорлупой

N+1
Информационная бомба замедленного действия Информационная бомба замедленного действия

Анна Толстова о выставке, впустившей институциональную критику в музей

Weekend
Правила жизни Дональда Трампа Правила жизни Дональда Трампа

Правила жизни 45-ого президента США Дональда Трампа

Esquire
Анна Пармас Анна Пармас

Режиссер клипов «Ленинграда» Анна Пармас сняла первое большое кино

Собака.ru
Маттиас Брешан (CEO Rado): «У вас должно быть столько часов, сколько вы можете себе позволить» Маттиас Брешан (CEO Rado): «У вас должно быть столько часов, сколько вы можете себе позволить»

Интервью с генеральным директором Rado – Маттиас Брешан

GQ
Мои десерты лучше сочетать с вином! Мои десерты лучше сочетать с вином!

Два брата, два шефа — такое редко встречается

Bones
Идеальное время для первого признания в любви: как понять, что оно пришло Идеальное время для первого признания в любви: как понять, что оно пришло

Уже пора произнести эту заветную фразу или стоит подождать?

Playboy
С Цукербергом рай в шалаше: где живут современные и молодые миллиардеры С Цукербергом рай в шалаше: где живут современные и молодые миллиардеры

Где живут технологические миллиардеры

Forbes
Поощрять и вдохновлять. Как прокачать инновационное мышление команды и удержать талантливых специалистов Поощрять и вдохновлять. Как прокачать инновационное мышление команды и удержать талантливых специалистов

Почему важно мыслить новаторски и поощрять к этому других

РБК
Юрий Постригай: «Чем больше ошибок ты совершаешь, тем удачнее все складывается дальше» Юрий Постригай: «Чем больше ошибок ты совершаешь, тем удачнее все складывается дальше»

Юрий Постригай – о том, как использовал изоляцию с пользой для бизнеса

GQ
Женщины, которые меняют ландшафт мужской индустрии моды Женщины, которые меняют ландшафт мужской индустрии моды

Рассказываем о женщинах, задающих правила игры прямо сейчас

GQ
Машину отобрали через год после покупки. Как избежать неприятностей? Машину отобрали через год после покупки. Как избежать неприятностей?

Что следует учитывать при покупке машины на вторичном рынке?

РБК
Города-рекордсмены: самый высокий, далекий и загруженный Города-рекордсмены: самый высокий, далекий и загруженный

Знакомимся с интересными городами заочно

Популярная механика
Что такое болезнь Альцгеймера и почему люди заболевают слабоумием Что такое болезнь Альцгеймера и почему люди заболевают слабоумием

Болезнь Альцгеймера — одно из самых распространенных заболеваний на Земле

Популярная механика
Персики и кокосы: почему у русских и иностранцев разные представления о доверии и лояльности Персики и кокосы: почему у русских и иностранцев разные представления о доверии и лояльности

Разница менталитетов в таких вопросах, как доверие и лояльность на рабочем месте

Forbes
Правила жизни Анджелины Джоли Правила жизни Анджелины Джоли

Актриса, Лос-Анджелес, 45 лет

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

Небольшое наставление о бананотехнологиях и не только

Популярная механика
Одиночество — вирус, который передается по наследству Одиночество — вирус, который передается по наследству

Как за последние 100 лет изменился образ одинокой женщины?

Psychologies
Штрихи на бумаге: кто и когда изобрел карандаш Штрихи на бумаге: кто и когда изобрел карандаш

Этот инструмент почти без изменений дошел из Средневековья до наших дней

Популярная механика
Правила жизни Тупака Шакура Правила жизни Тупака Шакура

Рэпер, умер 13 сентября 1996 года в возрасте 25 лет

Esquire
Осторожно: мигрень! Осторожно: мигрень!

Это заболевание преследует человечество уже тысячи лет, как с ним справиться?

Лиза
Открыть в приложении