वहां अभी भी कई संभावनाएं हैं। हाइड्रोजन परमाणु की कक्षीय संरचना की पहली छवि एक परमाणु कैसा दिखता है

हालाँकि, सबसे उच्च-तकनीकी उपकरणों का उपयोग करते समय भी परमाणु का फोटो खींचना, न कि उसके किसी भी हिस्से का, एक अत्यंत कठिन कार्य प्रतीत होता है।

तथ्य यह है कि क्वांटम यांत्रिकी के नियमों के अनुसार, एक उपपरमाण्विक कण के सभी गुणों को समान रूप से सटीक रूप से निर्धारित करना असंभव है। सैद्धांतिक भौतिकी की यह शाखा हाइजेनबर्ग अनिश्चितता सिद्धांत पर बनी है, जिसमें कहा गया है कि एक कण के निर्देशांक और गति को समान सटीकता के साथ मापना असंभव है - एक संपत्ति की सटीक माप निश्चित रूप से दूसरे के बारे में डेटा को बदल देगी।

इसलिए, स्थान (कण के निर्देशांक) निर्धारित करने के बजाय, क्वांटम सिद्धांत तथाकथित तरंग फ़ंक्शन को मापने का प्रस्ताव करता है।

तरंग फ़ंक्शन ध्वनि तरंग की तरह ही काम करता है। अंतर केवल इतना है कि ध्वनि तरंग का गणितीय विवरण एक निश्चित स्थान पर हवा में अणुओं की गति को निर्धारित करता है, और तरंग फ़ंक्शन श्रोडिंगर समीकरण के अनुसार किसी विशेष स्थान पर एक कण के प्रकट होने की संभावना का वर्णन करता है।

तरंग फ़ंक्शन को मापना भी मुश्किल है (प्रत्यक्ष अवलोकन इसके पतन का कारण बनता है), लेकिन सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी मोटे तौर पर इसके मूल्यों का अनुमान लगा सकते हैं।

तरंग फ़ंक्शन के सभी मापदंडों को प्रयोगात्मक रूप से मापना तभी संभव है जब इसे परमाणुओं या अणुओं की पूरी तरह से समान प्रणालियों पर किए गए अलग-अलग विनाशकारी मापों से एकत्र किया जाता है।

डच अनुसंधान संस्थान एएमओएलएफ के भौतिकविदों ने एक नई विधि प्रस्तुत की जिसमें किसी भी "पुनर्गठन" की आवश्यकता नहीं है और उनके काम के परिणामों को फिजिकल रिव्यू लेटर्स पत्रिका में प्रकाशित किया गया है। उनकी तकनीक तीन सोवियत सैद्धांतिक भौतिकविदों की 1981 की परिकल्पना के साथ-साथ हालिया शोध पर आधारित है।

प्रयोग के दौरान, वैज्ञानिकों की एक टीम ने एक विशेष कक्ष में रखे हाइड्रोजन परमाणुओं पर दो लेजर किरणें निर्देशित कीं। इस प्रभाव के परिणामस्वरूप, इलेक्ट्रॉनों ने अपनी तरंग क्रियाओं द्वारा निर्धारित गति और दिशा में अपनी कक्षाएँ छोड़ दीं। हाइड्रोजन परमाणुओं वाले कक्ष में मजबूत विद्युत क्षेत्र ने इलेक्ट्रॉनों को समतल (फ्लैट) डिटेक्टर के विशिष्ट भागों की ओर निर्देशित किया।

डिटेक्टर से टकराने वाले इलेक्ट्रॉनों की स्थिति उनके प्रारंभिक वेग से निर्धारित होती थी, न कि कक्ष में उनकी स्थिति से। इस प्रकार, डिटेक्टर पर इलेक्ट्रॉनों के वितरण ने वैज्ञानिकों को इन कणों के तरंग कार्य के बारे में बताया जब वे हाइड्रोजन परमाणु के नाभिक के चारों ओर कक्षा छोड़ते थे।

इलेक्ट्रॉनों की गतिविधियों को फॉस्फोरसेंट स्क्रीन पर अंधेरे और हल्के छल्ले के रूप में प्रदर्शित किया गया था, जिसे वैज्ञानिकों ने उच्च-रिज़ॉल्यूशन वाले डिजिटल कैमरे से खींचा था।

मुख्य लेखिका अनिता स्टोडोलना कहती हैं, "हम अपने नतीजों से बहुत खुश हैं। क्वांटम यांत्रिकी का रोजमर्रा की जिंदगी से इतना कम लेना-देना है कि यह संभावना नहीं है कि किसी ने परमाणु में क्वांटम इंटरैक्शन की वास्तविक तस्वीर लेने के बारे में सोचा होगा।" उनका यह भी दावा है कि विकसित तकनीक में व्यावहारिक अनुप्रयोग भी हो सकते हैं, उदाहरण के लिए, परमाणु जितना मोटा कंडक्टर बनाना, आणविक तार प्रौद्योगिकी का विकास, जो आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में काफी सुधार करेगा।

“यह उल्लेखनीय है कि प्रयोग विशेष रूप से हाइड्रोजन पर किया गया था - एक ही समय में हमारे ब्रह्मांड में सबसे सरल और सबसे आम पदार्थ। यह समझना आवश्यक होगा कि क्या इस तकनीक को अधिक जटिल परमाणुओं पर लागू किया जा सकता है यह एक बड़ी सफलता है जो हमें न केवल इलेक्ट्रॉनिक्स, बल्कि नैनोटेक्नोलॉजी भी विकसित करने की अनुमति देगी, ”ओटावा विश्वविद्यालय के जेफ लुंडिन कहते हैं, जो अध्ययन में शामिल नहीं थे।

हालाँकि, प्रयोग करने वाले वैज्ञानिक स्वयं इस मुद्दे के व्यावहारिक पक्ष के बारे में नहीं सोचते हैं। उनका मानना ​​है कि उनकी खोज मुख्य रूप से मौलिक विज्ञान से संबंधित है, जो भविष्य की पीढ़ियों के भौतिकविदों को अधिक ज्ञान देने में मदद करेगी।

जैसा कि आप जानते हैं, ब्रह्माण्ड में मौजूद प्रत्येक पदार्थ परमाणुओं से बना है। परमाणु पदार्थ की सबसे छोटी इकाई है जो अपने गुणों को धारण करती है। बदले में, परमाणु की संरचना सूक्ष्म कणों की एक जादुई त्रिमूर्ति से बनी होती है: प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन।

इसके अलावा, प्रत्येक सूक्ष्म कण सार्वभौमिक है। यानी आप दुनिया में दो अलग-अलग प्रोटॉन, न्यूट्रॉन या इलेक्ट्रॉन नहीं पा सकते। वे सभी एक-दूसरे से बिल्कुल मिलते-जुलते हैं। और परमाणु के गुण परमाणु की समग्र संरचना में इन सूक्ष्म कणों की मात्रात्मक संरचना पर ही निर्भर करेंगे।

उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन परमाणु की संरचना में एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन होता है। अगला सबसे जटिल परमाणु, हीलियम, दो प्रोटॉन, दो न्यूट्रॉन और दो इलेक्ट्रॉनों से बना है। लिथियम परमाणु तीन प्रोटॉन, चार न्यूट्रॉन और तीन इलेक्ट्रॉन आदि से बना होता है।

परमाणु संरचना (बाएं से दाएं): हाइड्रोजन, हीलियम, लिथियम

परमाणु मिलकर अणु बनाते हैं, और अणु मिलकर पदार्थ, खनिज और जीव बनाते हैं। डीएनए अणु, जो सभी जीवित चीजों का आधार है, सड़क पर पड़े पत्थर की तरह ब्रह्मांड की उन्हीं तीन जादुई ईंटों से बनी एक संरचना है। हालाँकि यह संरचना कहीं अधिक जटिल है.

जब हम परमाणु प्रणाली के अनुपात और संरचना पर करीब से नज़र डालने की कोशिश करते हैं तो और भी आश्चर्यजनक तथ्य सामने आते हैं। यह ज्ञात है कि एक परमाणु में एक नाभिक होता है और इलेक्ट्रॉन एक गोले का वर्णन करने वाले प्रक्षेप पथ के साथ उसके चारों ओर घूमते हैं। यानी इसे शब्द के सामान्य अर्थ में आंदोलन भी नहीं कहा जा सकता. बल्कि, इलेक्ट्रॉन हर जगह और तुरंत इस क्षेत्र के भीतर स्थित होता है, जो नाभिक के चारों ओर एक इलेक्ट्रॉन बादल बनाता है और एक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र बनाता है।

परमाणु की संरचना का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व

परमाणु के नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं, और सिस्टम का लगभग सारा द्रव्यमान इसमें केंद्रित होता है। लेकिन साथ ही, नाभिक स्वयं इतना छोटा होता है कि यदि इसकी त्रिज्या को 1 सेमी के पैमाने तक बढ़ा दिया जाए, तो संपूर्ण परमाणु संरचना की त्रिज्या सैकड़ों मीटर तक पहुंच जाएगी। इस प्रकार, जिसे हम घने पदार्थ के रूप में देखते हैं, उसमें भौतिक कणों के बीच 99% से अधिक ऊर्जावान बंधन होते हैं और 1% से भी कम भौतिक रूप होते हैं।

लेकिन ये भौतिक रूप क्या हैं? वे किस चीज से बने हैं और वे कितने भौतिक हैं? इन सवालों का जवाब देने के लिए, आइए प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉनों की संरचनाओं पर करीब से नज़र डालें। तो, हम माइक्रोवर्ल्ड की गहराई में एक और कदम नीचे उतरते हैं - उपपरमाण्विक कणों के स्तर तक।

एक इलेक्ट्रॉन किससे मिलकर बनता है?

परमाणु का सबसे छोटा कण एक इलेक्ट्रॉन होता है। एक इलेक्ट्रॉन में द्रव्यमान तो होता है लेकिन आयतन नहीं होता। वैज्ञानिक अवधारणा में, एक इलेक्ट्रॉन किसी चीज़ से मिलकर नहीं बना होता है, बल्कि एक संरचनाहीन बिंदु होता है।

इलेक्ट्रॉन को सूक्ष्मदर्शी से नहीं देखा जा सकता। यह केवल एक इलेक्ट्रॉन बादल के रूप में दिखाई देता है, जो परमाणु नाभिक के चारों ओर एक धुंधले गोले जैसा दिखता है। साथ ही, सटीकता के साथ यह कहना असंभव है कि इलेक्ट्रॉन किसी समय कहां है। उपकरण स्वयं कण को ​​नहीं, बल्कि केवल उसकी ऊर्जा के अंश को पकड़ने में सक्षम हैं। इलेक्ट्रॉन का सार पदार्थ की अवधारणा में अंतर्निहित नहीं है। यह किसी खाली रूप की तरह है जो केवल गति में और गति के कारण ही अस्तित्व में रहता है।

इलेक्ट्रॉन में कोई संरचना अभी तक खोजी नहीं जा सकी है। यह ऊर्जा क्वांटम के समान बिंदु कण है। वास्तव में, एक इलेक्ट्रॉन ऊर्जा है, तथापि, यह प्रकाश के फोटॉन द्वारा दर्शाए गए रूप की तुलना में इसका अधिक स्थिर रूप है।

फिलहाल, इलेक्ट्रॉन को अविभाज्य माना जाता है। यह समझ में आता है, क्योंकि किसी ऐसी चीज़ को विभाजित करना असंभव है जिसका कोई आयतन नहीं है। हालाँकि, सिद्धांत में पहले से ही विकास हुआ है जिसके अनुसार इलेक्ट्रॉन में ऐसे क्वासिपार्टिकल्स की त्रिमूर्ति होती है:

• ऑर्बिटॉन - इसमें इलेक्ट्रॉन की कक्षीय स्थिति के बारे में जानकारी होती है;
• स्पिनन - स्पिन या टॉर्क के लिए जिम्मेदार;
• होलोन - इलेक्ट्रॉन के आवेश के बारे में जानकारी रखता है।

हालाँकि, जैसा कि हम देखते हैं, क्वासिपार्टिकल्स का पदार्थ से कोई लेना-देना नहीं है, और वे केवल जानकारी रखते हैं।

एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप में विभिन्न पदार्थों के परमाणुओं की तस्वीरें

दिलचस्प बात यह है कि एक इलेक्ट्रॉन प्रकाश या गर्मी जैसी ऊर्जा क्वांटा को अवशोषित कर सकता है। इस मामले में, परमाणु एक नए ऊर्जा स्तर पर चला जाता है, और इलेक्ट्रॉन बादल की सीमाओं का विस्तार होता है। ऐसा भी होता है कि एक इलेक्ट्रॉन द्वारा अवशोषित ऊर्जा इतनी अधिक होती है कि वह परमाणु प्रणाली से बाहर निकल सकता है और एक स्वतंत्र कण के रूप में अपनी गति जारी रख सकता है। साथ ही, यह प्रकाश के फोटॉन की तरह व्यवहार करता है, यानी ऐसा लगता है कि यह एक कण नहीं रह गया है और एक तरंग के गुण प्रदर्शित करना शुरू कर देता है। ये बात एक प्रयोग में साबित हुई.

जंग का प्रयोग

प्रयोग के दौरान, इलेक्ट्रॉनों की एक धारा को एक स्क्रीन पर निर्देशित किया गया जिसमें दो स्लिट कटे हुए थे। इन स्लिटों से गुजरते हुए, इलेक्ट्रॉन एक अन्य प्रक्षेपण स्क्रीन की सतह से टकराए, और उस पर अपना निशान छोड़ गए। इलेक्ट्रॉनों की इस "बमबारी" के परिणामस्वरूप, प्रक्षेपण स्क्रीन पर एक हस्तक्षेप पैटर्न दिखाई दिया, जो उस स्थिति के समान था जो तब दिखाई देता था जब तरंगें, लेकिन कण नहीं, दो स्लिटों से गुजरती थीं।

यह पैटर्न इसलिए होता है क्योंकि दो स्लिटों के बीच से गुजरने वाली तरंग दो तरंगों में विभाजित हो जाती है। आगे की गति के परिणामस्वरूप, लहरें एक-दूसरे को ओवरलैप करती हैं, और कुछ क्षेत्रों में वे परस्पर रद्द हो जाती हैं। परिणामस्वरुप प्रोजेक्शन स्क्रीन पर केवल एक के बजाय कई रेखाएँ होती हैं, जैसा कि तब होता जब इलेक्ट्रॉन एक कण की तरह व्यवहार करता।

परमाणु के नाभिक की संरचना: प्रोटॉन और न्यूट्रॉन

प्रोटॉन और न्यूट्रॉन एक परमाणु के नाभिक का निर्माण करते हैं। और इस तथ्य के बावजूद कि कोर कुल मात्रा के 1% से भी कम पर कब्जा करता है, यह इस संरचना में है कि सिस्टम का लगभग पूरा द्रव्यमान केंद्रित है। लेकिन भौतिक विज्ञानी प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संरचना पर विभाजित हैं और फिलहाल दो सिद्धांत हैं।

• सिद्धांत संख्या 1 - मानक

मानक मॉडल कहता है कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन ग्लूऑन के एक बादल से जुड़े तीन क्वार्क से बने होते हैं। क्वार्क क्वांटा और इलेक्ट्रॉनों की तरह ही बिंदु कण हैं। और ग्लूऑन आभासी कण हैं जो क्वार्क की परस्पर क्रिया सुनिश्चित करते हैं। हालाँकि, न तो क्वार्क और न ही ग्लून्स प्रकृति में कभी पाए गए थे, इसलिए यह मॉडल गंभीर आलोचना का विषय है।

• सिद्धांत #2 - वैकल्पिक

लेकिन आइंस्टीन द्वारा विकसित एकीकृत क्षेत्र के वैकल्पिक सिद्धांत के अनुसार, प्रोटॉन, न्यूट्रॉन की तरह, भौतिक दुनिया के किसी भी अन्य कण की तरह, प्रकाश की गति से घूमने वाला एक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र है।

मनुष्य और ग्रह के विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र

परमाणु संरचना के सिद्धांत क्या हैं?

दुनिया में सब कुछ - पतला और घना, तरल, ठोस और गैसीय - ब्रह्मांड के अंतरिक्ष में व्याप्त अनगिनत क्षेत्रों की ऊर्जा अवस्थाएँ हैं। क्षेत्र में ऊर्जा का स्तर जितना अधिक होगा, यह उतना ही पतला और कम बोधगम्य होगा। ऊर्जा का स्तर जितना कम होगा, वह उतना ही अधिक स्थिर और मूर्त होगा। परमाणु की संरचना, साथ ही ब्रह्मांड की किसी भी अन्य इकाई की संरचना, ऐसे क्षेत्रों की परस्पर क्रिया में निहित है - जो ऊर्जा घनत्व में भिन्न हैं। इससे पता चलता है कि मामला सिर्फ मन का भ्रम है।

वास्तव में, आरटीसीएच के लेखक अपने "चिंतन" में इतने आगे बढ़ गए हैं कि अब एक भारी प्रतिवाद भड़काने का समय आ गया है, अर्थात् जापानी वैज्ञानिकों द्वारा हाइड्रोजन परमाणु की तस्वीर लेने के एक प्रयोग का डेटा, जो 4 नवंबर को ज्ञात हुआ। , 2010. छवि स्पष्ट रूप से परमाणु आकार दिखाती है, जो परमाणुओं की विसंगति और गोलाई दोनों की पुष्टि करती है: "टोक्यो विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों और विशेषज्ञों के एक समूह ने दुनिया में पहली बार एक व्यक्तिगत हाइड्रोजन परमाणु की तस्वीर खींची - सभी परमाणुओं में सबसे हल्का और सबसे छोटा, समाचार एजेंसियों की रिपोर्ट.

तस्वीर नवीनतम तकनीकों में से एक - एक विशेष स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग करके ली गई थी। इस उपकरण का उपयोग करके, हाइड्रोजन परमाणु के साथ एक अलग वैनेडियम परमाणु का फोटो खींचा गया।
हाइड्रोजन परमाणु का व्यास एक मीटर का दस अरबवां हिस्सा है। पहले यह माना जाता था कि आधुनिक उपकरणों से इसकी तस्वीर खींचना लगभग असंभव था। हाइड्रोजन सबसे आम पदार्थ है. संपूर्ण ब्रह्माण्ड में इसकी हिस्सेदारी लगभग 90% है।

वैज्ञानिकों के अनुसार, अन्य प्राथमिक कणों को भी इसी तरह से पकड़ा जा सकता है। प्रोफेसर युइची इकुहारा ने कहा, "अब हम उन सभी परमाणुओं को देख सकते हैं जो हमारी दुनिया बनाते हैं।" "यह उत्पादन के नए रूपों के लिए एक सफलता है, जब भविष्य में व्यक्तिगत परमाणुओं और अणुओं के स्तर पर निर्णय लेना संभव होगा।"

हाइड्रोजन परमाणु, सापेक्ष रंग
http://prl.aps.org/abstract/PRL/v110/i21/e213001

जर्मनी, ग्रीस, नीदरलैंड, अमेरिका और फ्रांस के वैज्ञानिकों के एक समूह ने हाइड्रोजन परमाणु की तस्वीरें लीं। फोटोआयनाइजेशन माइक्रोस्कोप का उपयोग करके प्राप्त की गई ये छवियां एक इलेक्ट्रॉन घनत्व वितरण दिखाती हैं जो सैद्धांतिक गणना के परिणामों के साथ पूरी तरह से सुसंगत है। अंतर्राष्ट्रीय टीम का कार्य फिजिकल रिव्यू लेटर्स के पन्नों पर प्रस्तुत किया गया है।

फोटोआयनीकरण विधि का सार हाइड्रोजन परमाणुओं का अनुक्रमिक आयनीकरण है, अर्थात विद्युत चुम्बकीय विकिरण के कारण उनमें से एक इलेक्ट्रॉन को निकालना। अलग-अलग इलेक्ट्रॉनों को सकारात्मक रूप से चार्ज की गई रिंग के माध्यम से संवेदनशील मैट्रिक्स की ओर निर्देशित किया जाता है, और मैट्रिक्स के साथ टकराव के समय इलेक्ट्रॉन की स्थिति परमाणु के आयनीकरण के समय इलेक्ट्रॉन की स्थिति को दर्शाती है। आवेशित वलय, जो इलेक्ट्रॉनों को दूसरी ओर विक्षेपित करता है, एक लेंस के रूप में कार्य करता है और इसकी सहायता से छवि लाखों गुना बढ़ जाती है।

2004 में वर्णित इस विधि का उपयोग पहले से ही व्यक्तिगत अणुओं की "फोटो" लेने के लिए किया गया था, लेकिन भौतिकविदों ने आगे बढ़कर हाइड्रोजन परमाणुओं का अध्ययन करने के लिए फोटोआयनाइजेशन माइक्रोस्कोप का उपयोग किया। चूँकि एक इलेक्ट्रॉन के प्रभाव से केवल एक बिंदु उत्पन्न होता है, शोधकर्ताओं ने विभिन्न परमाणुओं से लगभग 20 हजार व्यक्तिगत इलेक्ट्रॉनों को एकत्रित किया और इलेक्ट्रॉन कोशों की एक औसत छवि संकलित की।

क्वांटम यांत्रिकी के नियमों के अनुसार, किसी परमाणु में इलेक्ट्रॉन की अपनी कोई विशिष्ट स्थिति नहीं होती है। केवल जब कोई परमाणु बाहरी वातावरण के साथ संपर्क करता है, तो परमाणु नाभिक के एक निश्चित पड़ोस में एक इलेक्ट्रॉन एक या किसी अन्य संभावना के साथ दिखाई देता है: वह क्षेत्र जिसमें इलेक्ट्रॉन का पता लगाने की संभावना अधिकतम होती है, उसे इलेक्ट्रॉन शेल कहा जाता है। नई छवियां विभिन्न ऊर्जा अवस्थाओं के परमाणुओं के बीच अंतर दिखाती हैं; वैज्ञानिक क्वांटम यांत्रिकी द्वारा अनुमानित इलेक्ट्रॉन कोशों के आकार को स्पष्ट रूप से प्रदर्शित करने में सक्षम थे।

अन्य उपकरणों की मदद से, टनलिंग माइक्रोस्कोप को स्कैन करके, व्यक्तिगत परमाणुओं को न केवल देखा जा सकता है, बल्कि वांछित स्थान पर भी ले जाया जा सकता है। लगभग एक महीने पहले, इस तकनीक ने आईबीएम इंजीनियरों को एक कार्टून बनाने की अनुमति दी, जिसका प्रत्येक फ्रेम परमाणुओं से बना है: ऐसे कलात्मक प्रयोगों का कोई व्यावहारिक प्रभाव नहीं होता है, लेकिन परमाणुओं में हेरफेर करने की मौलिक संभावना प्रदर्शित होती है। व्यावहारिक प्रयोजनों के लिए, अब परमाणु संयोजन का उपयोग नहीं किया जाता है, बल्कि नैनोसंरचनाओं के स्व-संगठन या सब्सट्रेट पर मोनोएटोमिक परतों के विकास की आत्म-सीमा के साथ रासायनिक प्रक्रियाओं का उपयोग किया जाता है।

एक हाइड्रोजन परमाणु इलेक्ट्रॉन बादलों को कैप्चर करता है। और यद्यपि आधुनिक भौतिक विज्ञानी, त्वरक का उपयोग करके, एक प्रोटॉन का आकार भी निर्धारित कर सकते हैं, हाइड्रोजन परमाणु, जाहिरा तौर पर, सबसे छोटी वस्तु रहेगी, जिसकी छवि को एक तस्वीर कहना समझ में आता है। Lenta.ru माइक्रोवर्ल्ड की तस्वीरें खींचने के आधुनिक तरीकों का एक सिंहावलोकन प्रस्तुत करता है।

सच पूछिए तो, आजकल सामान्य फोटोग्राफी लगभग बची ही नहीं है। वे छवियां जिन्हें हम आदतन तस्वीरें कहते हैं और उदाहरण के लिए, लेंटा.आरयू की किसी भी फोटो रिपोर्ट में पाई जा सकती हैं, वास्तव में कंप्यूटर मॉडल हैं। एक विशेष उपकरण में एक प्रकाश-संवेदनशील मैट्रिक्स (परंपरागत रूप से इसे "कैमरा" कहा जाता है) कई अलग-अलग वर्णक्रमीय श्रेणियों में प्रकाश की तीव्रता के स्थानिक वितरण को निर्धारित करता है, नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स इस डेटा को डिजिटल रूप में संग्रहीत करता है, और फिर एक अन्य इलेक्ट्रॉनिक सर्किट, इस डेटा के आधार पर, लिक्विड क्रिस्टल डिस्प्ले में ट्रांजिस्टर को एक कमांड देता है। फिल्म, कागज, उनके प्रसंस्करण के लिए विशेष समाधान - यह सब विदेशी हो गया है। और अगर हम इस शब्द का शाब्दिक अर्थ याद रखें तो फोटोग्राफी "लाइट पेंटिंग" है। तो हम क्या कह सकते हैं कि वैज्ञानिक कामयाब हो गए एक तस्वीर लेंपरमाणु, उचित मात्रा में सम्मेलन के साथ ही संभव है।

सभी खगोलीय छवियों में से आधे से अधिक लंबे समय से अवरक्त, पराबैंगनी और एक्स-रे दूरबीनों द्वारा ली गई हैं। इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी प्रकाश से नहीं, बल्कि इलेक्ट्रॉनों की किरण से विकिरण करते हैं, जबकि परमाणु बल सूक्ष्मदर्शी सुई से नमूने की राहत को भी स्कैन करते हैं। एक्स-रे माइक्रोस्कोप और चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग स्कैनर हैं। ये सभी उपकरण हमें विभिन्न वस्तुओं की सटीक छवियां देते हैं, और इस तथ्य के बावजूद कि, निश्चित रूप से, यहां "लाइट पेंटिंग" के बारे में बात करने की कोई आवश्यकता नहीं है, फिर भी हम खुद को ऐसी छवियों को तस्वीरें कहने की अनुमति देंगे।

प्रोटॉन के आकार या कणों के अंदर क्वार्क के वितरण को निर्धारित करने के लिए भौतिकविदों द्वारा किए गए प्रयोग पर्दे के पीछे रहेंगे; हमारी कहानी परमाणुओं के पैमाने तक ही सीमित रहेगी।

प्रकाशिकी कभी पुरानी नहीं होती

जैसा कि 20वीं सदी के उत्तरार्ध में पता चला, ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप में अभी भी सुधार की गुंजाइश है। जैविक और चिकित्सा अनुसंधान में एक निर्णायक क्षण फ्लोरोसेंट रंगों और विधियों का आगमन था जो कुछ पदार्थों के चयनात्मक लेबलिंग की अनुमति देते हैं। यह "सिर्फ रंग का एक नया कोट" नहीं था, यह एक वास्तविक क्रांति थी।

आम धारणा के विपरीत, प्रतिदीप्ति बिल्कुल भी अंधेरे में चमक नहीं है (बाद वाले को ल्यूमिनसेंस कहा जाता है)। यह एक निश्चित ऊर्जा (जैसे, नीली रोशनी) के क्वांटा के अवशोषण की घटना है, जिसके बाद कम ऊर्जा के अन्य क्वांटा का उत्सर्जन होता है और, तदनुसार, अन्य प्रकाश (जब नीला अवशोषित होता है, तो हरे रंग का उत्सर्जन होगा)। यदि आप एक प्रकाश फ़िल्टर स्थापित करते हैं जो केवल डाई द्वारा उत्सर्जित क्वांटा को संचारित करता है और प्रतिदीप्ति का कारण बनने वाले प्रकाश को अवरुद्ध करता है, तो आप रंगों के चमकीले धब्बों के साथ एक गहरे रंग की पृष्ठभूमि देख सकते हैं, और रंग, बदले में, नमूने को बेहद चुनिंदा रूप से रंग सकते हैं।

उदाहरण के लिए, आप तंत्रिका कोशिका के साइटोस्केलेटन को लाल रंग से, सिनैप्स को हरे रंग से और नाभिक को नीले रंग से रंग सकते हैं। आप एक फ्लोरोसेंट लेबल बना सकते हैं जो आपको कुछ शर्तों के तहत झिल्ली पर प्रोटीन रिसेप्टर्स या कोशिका द्वारा संश्लेषित अणुओं का पता लगाने की अनुमति देगा। इम्यूनोहिस्टोकैमिकल स्टेनिंग विधि ने जैविक विज्ञान में क्रांति ला दी है। और जब आनुवंशिक इंजीनियरों ने फ्लोरोसेंट प्रोटीन के साथ ट्रांसजेनिक जानवरों को बनाना सीखा, तो इस पद्धति का पुनर्जन्म हुआ: उदाहरण के लिए, विभिन्न रंगों में चित्रित न्यूरॉन्स वाले चूहे एक वास्तविकता बन गए।

इसके अलावा, इंजीनियर तथाकथित कन्फोकल माइक्रोस्कोपी की विधि लेकर आए (और इसका अभ्यास किया)। इसका सार इस तथ्य में निहित है कि माइक्रोस्कोप एक बहुत पतली परत पर ध्यान केंद्रित करता है, और एक विशेष डायाफ्राम इस परत के बाहर की वस्तुओं द्वारा बनाई गई रोशनी को काट देता है। ऐसा माइक्रोस्कोप क्रमिक रूप से एक नमूने को ऊपर से नीचे तक स्कैन कर सकता है और छवियों का ढेर प्राप्त कर सकता है, जो त्रि-आयामी मॉडल के लिए तैयार आधार है।

लेज़रों और परिष्कृत ऑप्टिकल बीम नियंत्रण प्रणालियों के उपयोग ने रंगों के लुप्त होने और तेज़ रोशनी में नाजुक जैविक नमूनों के सूखने की समस्या को हल कर दिया है: लेज़र बीम केवल तभी नमूने को स्कैन करता है जब यह इमेजिंग के लिए आवश्यक हो। और एक संकीर्ण दृश्य क्षेत्र के साथ एक ऐपिस के माध्यम से एक बड़े नमूने की जांच करने में समय और प्रयास बर्बाद न करने के लिए, इंजीनियरों ने एक स्वचालित स्कैनिंग प्रणाली का प्रस्ताव रखा: आप एक आधुनिक माइक्रोस्कोप के मंच पर एक नमूना के साथ एक गिलास रख सकते हैं, और डिवाइस काम करेगा स्वतंत्र रूप से पूरे नमूने का बड़े पैमाने पर पैनोरमा लें। साथ ही, यह सही जगहों पर फोकस करेगा और फिर कई फ्रेमों को एक साथ सिल देगा।

कुछ सूक्ष्मदर्शी में जीवित चूहे, चूहे, या कम से कम छोटे अकशेरुकी जानवर हो सकते हैं। अन्य थोड़ा आवर्धन प्रदान करते हैं, लेकिन एक्स-रे मशीन के साथ जोड़ दिए जाते हैं। कंपन से हस्तक्षेप को खत्म करने के लिए, कई को सावधानीपूर्वक नियंत्रित माइक्रॉक्लाइमेट वाले कमरों के अंदर कई टन वजन वाली विशेष तालिकाओं पर लगाया जाता है। ऐसी प्रणालियों की लागत अन्य इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी की लागत से अधिक है, और सबसे सुंदर फ्रेम के लिए प्रतिस्पर्धा लंबे समय से एक परंपरा बन गई है। इसके अलावा, प्रकाशिकी में सुधार जारी है: सर्वोत्तम प्रकार के ग्लास की खोज करने और इष्टतम लेंस संयोजनों का चयन करने से, इंजीनियर प्रकाश पर ध्यान केंद्रित करने के तरीकों की ओर बढ़ गए हैं।

हमने यह दिखाने के लिए विशेष रूप से कई तकनीकी विवरण सूचीबद्ध किए हैं कि जैविक अनुसंधान के क्षेत्र में प्रगति लंबे समय से अन्य क्षेत्रों में प्रगति से जुड़ी हुई है। यदि ऐसे कंप्यूटर नहीं होते जो कई सौ तस्वीरों में दागदार कोशिकाओं की संख्या स्वचालित रूप से गिन सकें, तो सुपरमाइक्रोस्कोप का बहुत कम उपयोग होता। और फ्लोरोसेंट रंगों के बिना, सभी लाखों कोशिकाएँ एक-दूसरे से अप्रभेद्य होंगी, इसलिए नई कोशिकाओं के निर्माण या पुरानी कोशिकाओं की मृत्यु की निगरानी करना लगभग असंभव होगा।

संक्षेप में, पहला माइक्रोस्कोप एक क्लैंप था जिसके साथ एक गोलाकार लेंस जुड़ा हुआ था। ऐसे माइक्रोस्कोप का एक एनालॉग एक साधारण प्लेइंग कार्ड हो सकता है जिसमें एक छेद और पानी की एक बूंद हो। कुछ रिपोर्टों के अनुसार, पिछली शताब्दी में ही कोलिमा में सोने के खनिकों द्वारा इसी तरह के उपकरणों का उपयोग किया गया था।

विवर्तन सीमा से परे

ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप का एक मूलभूत नुकसान है। तथ्य यह है कि प्रकाश तरंगों के आकार का उपयोग करके उन वस्तुओं के आकार को फिर से बनाना असंभव है जो तरंग दैर्ध्य से बहुत कम हैं: उसी सफलता के साथ आप अपने हाथ से सामग्री की बारीक बनावट की जांच करने का प्रयास कर सकते हैं एक मोटा वेल्डिंग दस्ताना।

भौतिकी के नियमों का उल्लंघन किए बिना, विवर्तन द्वारा निर्मित सीमाओं को आंशिक रूप से दूर कर लिया गया है। दो परिस्थितियाँ ऑप्टिकल सूक्ष्मदर्शी को विवर्तन अवरोध के नीचे गोता लगाने में मदद करती हैं: तथ्य यह है कि प्रतिदीप्ति के दौरान क्वांटा व्यक्तिगत डाई अणुओं द्वारा उत्सर्जित होते हैं (जो एक दूसरे से काफी दूर हो सकते हैं), और तथ्य यह है कि प्रकाश तरंगों के सुपरपोजिशन के कारण यह संभव है तरंग दैर्ध्य से छोटे व्यास वाला एक चमकीला स्थान प्राप्त करें।

जब एक-दूसरे पर आरोपित होते हैं, तो प्रकाश तरंगें एक-दूसरे को रद्द कर सकती हैं, इसलिए नमूना रोशनी पैरामीटर सेट किए जाते हैं ताकि सबसे छोटा संभव क्षेत्र उज्ज्वल क्षेत्र में आ जाए। गणितीय एल्गोरिदम के संयोजन में, जो, उदाहरण के लिए, छवि में भूत को हटाने की अनुमति देता है, ऐसी दिशात्मक रोशनी शूटिंग की गुणवत्ता में तेज वृद्धि प्रदान करती है। यह संभव हो जाता है, उदाहरण के लिए, एक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप का उपयोग करके इंट्रासेल्युलर संरचनाओं की जांच करना और यहां तक ​​​​कि (कन्फोकल माइक्रोस्कोपी के साथ वर्णित विधि को जोड़कर) उनकी त्रि-आयामी छवियां प्राप्त करना।

इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप

परमाणुओं और अणुओं की खोज के लिए वैज्ञानिकों को उन्हें देखने की ज़रूरत नहीं थी - आणविक सिद्धांत को वस्तु को देखने की ज़रूरत नहीं थी। लेकिन सूक्ष्म जीव विज्ञान माइक्रोस्कोप के आविष्कार के बाद ही संभव हो सका। इसलिए, सबसे पहले, सूक्ष्मदर्शी विशेष रूप से चिकित्सा और जीव विज्ञान से जुड़े थे: भौतिक विज्ञानी और रसायनज्ञ जिन्होंने काफी छोटी वस्तुओं का अध्ययन किया, उन्होंने अन्य तरीकों से काम किया। जब वे माइक्रोवर्ल्ड को देखना चाहते थे, तो विवर्तन सीमाएं एक गंभीर समस्या बन गईं, खासकर जब से ऊपर वर्णित प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी विधियां अभी भी अज्ञात थीं। और यदि जिस वस्तु की जांच की जानी है वह और भी छोटी हो तो रिज़ॉल्यूशन को 500 से 100 नैनोमीटर तक बढ़ाने का कोई मतलब नहीं है!

यह जानते हुए कि इलेक्ट्रॉन तरंग और कण दोनों के रूप में व्यवहार कर सकते हैं, जर्मनी के भौतिकविदों ने 1926 में एक इलेक्ट्रॉन लेंस बनाया। इसके पीछे का विचार किसी भी स्कूली बच्चे के लिए बहुत सरल और समझने योग्य था: चूंकि विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र इलेक्ट्रॉनों को विक्षेपित करता है, इसका उपयोग इन कणों के बीम के आकार को बदलने, उन्हें अलग-अलग दिशाओं में खींचने, या, इसके विपरीत, व्यास को कम करने के लिए किया जा सकता है। किरण का. पांच साल बाद, 1931 में, अर्न्स्ट रुस्का और मैक्स नॉल ने दुनिया का पहला इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप बनाया। डिवाइस में, नमूने को पहले इलेक्ट्रॉनों की किरण से रोशन किया गया था, और फिर एक इलेक्ट्रॉन लेंस ने उस किरण का विस्तार किया जो एक विशेष ल्यूमिनसेंट स्क्रीन पर गिरने से पहले गुजर गई। पहले माइक्रोस्कोप ने केवल 400 गुना आवर्धन प्रदान किया, लेकिन प्रकाश को इलेक्ट्रॉनों से बदलने से सैकड़ों-हजारों गुना आवर्धन के साथ फोटोग्राफी का रास्ता खुल गया: डिजाइनरों को केवल कुछ तकनीकी बाधाओं को दूर करना पड़ा।

एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप ने पहले अप्राप्य गुणवत्ता में कोशिकाओं की संरचना की जांच करना संभव बना दिया। लेकिन इस छवि से कोशिकाओं की उम्र और उनमें कुछ प्रोटीन की मौजूदगी को समझना असंभव है और यह जानकारी वैज्ञानिकों के लिए बहुत जरूरी है।

इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप अब वायरस की क्लोज़-अप तस्वीरें लेने की अनुमति देते हैं। उपकरणों के विभिन्न संशोधन हैं जो न केवल पतले वर्गों को रोशन करने की अनुमति देते हैं, बल्कि उन्हें "प्रतिबिंबित प्रकाश" (निश्चित रूप से परावर्तित इलेक्ट्रॉनों में) में भी जांचने की अनुमति देते हैं। हम सूक्ष्मदर्शी के सभी प्रकारों के बारे में विस्तार से बात नहीं करेंगे, लेकिन हम ध्यान दें कि हाल ही में शोधकर्ताओं ने विवर्तन पैटर्न से एक छवि का पुनर्निर्माण करना सीखा है।

छूओ, देखो नहीं

"प्रकाश करो और देखो" के सिद्धांत से एक और विचलन के माध्यम से एक और क्रांति हुई। एक परमाणु बल माइक्रोस्कोप, साथ ही एक स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप, अब नमूनों की सतह पर कुछ भी नहीं चमकाता है। इसके बजाय, एक विशेष रूप से पतली सुई सतह पर घूमती है, वस्तुतः एक व्यक्तिगत परमाणु के आकार की अनियमितताओं पर भी उछलती है।

ऐसी सभी विधियों के विवरण में जाने के बिना, हम मुख्य बात पर ध्यान देते हैं: सुरंग माइक्रोस्कोप की सुई को न केवल सतह के साथ ले जाया जा सकता है, बल्कि परमाणुओं को एक स्थान से दूसरे स्थान पर पुनर्व्यवस्थित करने के लिए भी उपयोग किया जा सकता है। इस प्रकार वैज्ञानिक शिलालेख, चित्र और यहां तक ​​कि कार्टून भी बनाते हैं जिसमें एक चित्रित लड़का एक परमाणु के साथ खेलता है। स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप की नोक से खींचा गया एक वास्तविक क्सीनन परमाणु।

माइक्रोस्कोप को टनल माइक्रोस्कोप कहा जाता है क्योंकि यह सुई के माध्यम से बहने वाली टनलिंग धारा के प्रभाव का उपयोग करता है: क्वांटम यांत्रिकी द्वारा अनुमानित टनलिंग प्रभाव के कारण इलेक्ट्रॉन सुई और सतह के बीच के अंतर से गुजरते हैं। इस उपकरण को संचालित करने के लिए वैक्यूम की आवश्यकता होती है।

एक परमाणु बल माइक्रोस्कोप (एएफएम) पर्यावरणीय परिस्थितियों पर बहुत कम मांग रखता है - यह (कई प्रतिबंधों के साथ) हवा को बाहर निकाले बिना काम कर सकता है। एक निश्चित अर्थ में, एएफएम ग्रामोफोन का नैनोटेक्नोलॉजिकल उत्तराधिकारी है। एक पतली और लचीली कैंटिलीवर ब्रैकेट पर लगी सुई ( ब्रैकटऔर एक "ब्रैकेट" है), सतह पर वोल्टेज लागू किए बिना चलता है और नमूने की राहत का उसी तरह अनुसरण करता है जैसे ग्रामोफोन सुई एक ग्रामोफोन रिकॉर्ड के खांचे के साथ चलती है। कैंटिलीवर के झुकने से उस पर लगा दर्पण विक्षेपित हो जाता है; दर्पण लेजर किरण को विक्षेपित कर देता है, और इससे अध्ययन के तहत नमूने के आकार को बहुत सटीक रूप से निर्धारित करना संभव हो जाता है। मुख्य बात यह है कि सुई को हिलाने के लिए एक काफी सटीक प्रणाली होनी चाहिए, साथ ही सुइयों की आपूर्ति भी होनी चाहिए जो पूरी तरह से तेज होनी चाहिए। ऐसी सुइयों की नोक पर वक्रता की त्रिज्या एक नैनोमीटर से अधिक नहीं हो सकती है।

एएफएम आपको व्यक्तिगत परमाणुओं और अणुओं को देखने की अनुमति देता है, लेकिन, टनलिंग माइक्रोस्कोप की तरह, यह आपको नमूने की सतह के नीचे देखने की अनुमति नहीं देता है। दूसरे शब्दों में, वैज्ञानिकों को परमाणुओं को देखने में सक्षम होने और संपूर्ण वस्तु का अध्ययन करने में सक्षम होने के बीच चयन करना होगा। हालाँकि, ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के लिए भी अध्ययन किए जा रहे नमूनों के अंदरूनी हिस्से हमेशा पहुंच योग्य नहीं होते हैं, क्योंकि खनिज या धातु आमतौर पर प्रकाश को अच्छी तरह से संचारित नहीं करते हैं। इसके अलावा, परमाणुओं की तस्वीरें खींचने में अभी भी कठिनाइयाँ हैं - ये वस्तुएँ साधारण गेंदों की तरह दिखाई देती हैं, ऐसी छवियों में इलेक्ट्रॉन बादलों का आकार दिखाई नहीं देता है।

सिंक्रोट्रॉन विकिरण, जो तब होता है जब त्वरक द्वारा त्वरित किए गए आवेशित कणों की गति धीमी हो जाती है, जिससे प्रागैतिहासिक जानवरों के जीवाश्म अवशेषों का अध्ययन करना संभव हो जाता है। एक्स-रे के तहत नमूने को घुमाकर, हम त्रि-आयामी टॉमोग्राम प्राप्त कर सकते हैं - उदाहरण के लिए, मस्तिष्क 300 मिलियन वर्ष पहले विलुप्त हो चुकी मछली की खोपड़ी के अंदर पाया गया था। यदि विवर्तन के कारण बिखरी हुई एक्स-रे को रिकॉर्ड करके प्रसारित विकिरण को रिकॉर्ड किया जाए तो रोटेशन के बिना ऐसा करना संभव है।

और यह सभी संभावनाएँ नहीं हैं जो एक्स-रे विकिरण द्वारा खुलती हैं। जब इसके साथ विकिरण किया जाता है, तो कई सामग्रियां प्रतिदीप्त हो जाती हैं, और पदार्थ की रासायनिक संरचना प्रतिदीप्ति की प्रकृति से निर्धारित की जा सकती है: इस तरह वैज्ञानिक प्राचीन कलाकृतियों को रंगते हैं, मध्य युग में मिटाए गए आर्किमिडीज़ के काम, या पंखों का रंग लंबे समय से विलुप्त पक्षी.

परमाणु मुद्रा बनाते हैं

एक्स-रे या ऑप्टिकल प्रतिदीप्ति विधियां प्रदान करने वाली सभी संभावनाओं की पृष्ठभूमि में, व्यक्तिगत परमाणुओं की तस्वीर लेने की एक नई विधि अब विज्ञान में इतनी बड़ी सफलता नहीं लगती है। इस सप्ताह प्रस्तुत की गई छवियों को प्राप्त करना संभव बनाने वाली विधि का सार इस प्रकार है: इलेक्ट्रॉनों को आयनित परमाणुओं से छीन लिया जाता है और एक विशेष डिटेक्टर में भेजा जाता है। आयनीकरण की प्रत्येक क्रिया एक इलेक्ट्रॉन को एक निश्चित स्थिति से हटाती है और "फोटोग्राफ" में एक बिंदु उत्पन्न करती है। ऐसे कई हजार बिंदु जमा करने के बाद, वैज्ञानिकों ने एक चित्र बनाया जो परमाणु के नाभिक के चारों ओर एक इलेक्ट्रॉन का पता लगाने के लिए सबसे संभावित स्थानों को दर्शाता है, और परिभाषा के अनुसार, यह एक इलेक्ट्रॉन बादल है।

निष्कर्षतः, व्यक्तिगत परमाणुओं को उनके इलेक्ट्रॉन बादलों के साथ देखने की क्षमता आधुनिक माइक्रोस्कोपी के लिए सोने पर सुहागा है। वैज्ञानिकों के लिए सामग्रियों की संरचना का अध्ययन करना, कोशिकाओं और क्रिस्टल का अध्ययन करना महत्वपूर्ण था और प्रौद्योगिकी के परिणामस्वरूप विकास ने हाइड्रोजन परमाणु तक पहुंचना संभव बना दिया। इससे कुछ भी कम प्राथमिक कण भौतिकी में विशेषज्ञों की रुचि का क्षेत्र पहले से ही है। और जीवविज्ञानियों, सामग्री वैज्ञानिकों और भूवैज्ञानिकों के पास अभी भी सूक्ष्मदर्शी में सुधार करने की गुंजाइश है, भले ही परमाणुओं की पृष्ठभूमि की तुलना में मामूली आवर्धन हो। उदाहरण के लिए, न्यूरोफिज़ियोलॉजिस्ट लंबे समय से एक ऐसा उपकरण चाहते थे जो जीवित मस्तिष्क के अंदर व्यक्तिगत कोशिकाओं को देखने में सक्षम हो, और मार्स रोवर्स के निर्माता अपनी आत्मा को एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के लिए बेचेंगे जो एक अंतरिक्ष यान पर फिट हो सके और मंगल ग्रह पर काम कर सके।

इस तस्वीर में आप एक परमाणु के चारों ओर एक इलेक्ट्रॉन की कक्षाओं की पहली प्रत्यक्ष छवि देख रहे हैं - वास्तव में, परमाणु की तरंग क्रिया!

हाइड्रोजन परमाणु की कक्षीय संरचना की तस्वीर लेने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक अत्याधुनिक क्वांटम माइक्रोस्कोप का उपयोग किया, एक अविश्वसनीय उपकरण जो वैज्ञानिकों को क्वांटम भौतिकी के दायरे में देखने की अनुमति देता है।

एक परमाणु में अंतरिक्ष की कक्षीय संरचना पर एक इलेक्ट्रॉन का कब्ज़ा होता है। लेकिन पदार्थ के इन सूक्ष्म गुणों का वर्णन करने के लिए, वैज्ञानिक तरंग कार्यों पर भरोसा करते हैं - कणों की क्वांटम स्थिति का वर्णन करने के गणितीय तरीके - अर्थात्, वे अंतरिक्ष और समय में कैसे व्यवहार करते हैं।

एक नियम के रूप में, क्वांटम भौतिकी में कणों की स्थिति का वर्णन करने के लिए श्रोडिंगर समीकरण जैसे सूत्रों का उपयोग किया जाता है।

शोधकर्ताओं के मार्ग में बाधाएँ

अब तक, वैज्ञानिकों ने वास्तव में कभी भी तरंग क्रिया का अवलोकन नहीं किया था। किसी एक इलेक्ट्रॉन की सटीक स्थिति या संवेग को पकड़ने की कोशिश करना मक्खियों के झुंड को पकड़ने की कोशिश करने जैसा था। प्रत्यक्ष अवलोकन एक बहुत ही अप्रिय घटना - क्वांटम सुसंगतता द्वारा विकृत हो गए थे।

सभी क्वांटम अवस्थाओं को मापने के लिए, आपको एक ऐसे उपकरण की आवश्यकता है जो समय के साथ किसी कण की अवस्थाओं के कई माप कर सके।

लेकिन क्वांटम कण की पहले से ही सूक्ष्म अवस्था को कैसे बढ़ाया जाए? अंतर्राष्ट्रीय शोधकर्ताओं के एक समूह ने इसका उत्तर ढूंढ लिया। क्वांटम माइक्रोस्कोप का उपयोग करना, एक उपकरण जो सीधे परमाणु संरचनाओं का निरीक्षण करने के लिए फोटोआयनीकरण का उपयोग करता है।

लोकप्रिय जर्नल फिजिकल रिव्यू लेटर्स में अपने पेपर में, नीदरलैंड में इंस्टीट्यूट ऑफ मॉलिक्यूलर फिजिक्स (एएमओएलएफ) में काम करने वाली एनेटा स्टोडोलना ने बताया कि कैसे उन्होंने और उनकी टीम ने एक हाइड्रोजन परमाणु के नोड इलेक्ट्रॉन ऑर्बिटल्स की संरचनाएं प्राप्त कीं। स्थैतिक विद्युत क्षेत्र.

कार्य विधि

लेजर पल्स के साथ विकिरण के बाद, आयनित इलेक्ट्रॉनों ने अपनी कक्षाएं छोड़ दीं और एक मापा प्रक्षेपवक्र के साथ एक 2डी डिटेक्टर (डबल माइक्रोचैनल प्लेट। डिटेक्टर क्षेत्र के लंबवत स्थित है) में गिर गया। ऐसे कई प्रक्षेप पथ हैं जिनके साथ इलेक्ट्रॉन डिटेक्टर से टकराने से पहले यात्रा कर सकते हैं। यह शोधकर्ताओं को हस्तक्षेप पैटर्न का एक सेट प्रदान करता है - मॉडल जो तरंग फ़ंक्शन की नोडल संरचना को दर्शाते हैं।
शोधकर्ताओं ने एक इलेक्ट्रोस्टैटिक लेंस का उपयोग किया जो बाहर जाने वाली इलेक्ट्रॉन तरंग को 20,000 गुना से अधिक बढ़ा देता है।