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

Гуннов вновь назвали носителями енисейских языков Гуннов вновь назвали носителями енисейских языков

Хунну и гунны, возможно, говорили на одном из енисейских языков

N+1
Мой папа был алкоголиком Мой папа был алкоголиком

В чем особенности отношения к алкоголикам в нашей стране

СНОБ
Потепление на полтора градуса пойдет на пользу сибирской тайге Потепление на полтора градуса пойдет на пользу сибирской тайге

Как повлияет потепление климата на амазонские леса и сибирскую тайгу?

N+1
По местам По местам

Дома должно быть легко и спокойно

Добрые советы
Сменила балет на «Игрушки»: как Агния Барто стала одной из главных детских поэтесс Сменила балет на «Игрушки»: как Агния Барто стала одной из главных детских поэтесс

История Агнии Барто, одной из главных детских поэтесс в России

Forbes
«Доходы в 2022 году будут ниже, чем в 2014-м»: Михаил Задорнов о «корона-кризисе», IPO «Открытия» и «московском банковском кольце» «Доходы в 2022 году будут ниже, чем в 2014-м»: Михаил Задорнов о «корона-кризисе», IPO «Открытия» и «московском банковском кольце»

Интервью с председателем правления банка «Открытие» Михаилом Задорновым

Forbes
Как государство придает собственному курсу на одичание статус основного закона Как государство придает собственному курсу на одичание статус основного закона

Государство давно рвется считать наши тела своей собственностью

СНОБ
«Жены сами провоцируют измены своих мужей» «Жены сами провоцируют измены своих мужей»

Правда ли, что жены тех, с кем она встречалась, сами способствуют их неверности

Psychologies
Мост в никуда: СУЭК миллиардера Мельниченко может потерять $200 млн из-за аварии под Мурманском Мост в никуда: СУЭК миллиардера Мельниченко может потерять $200 млн из-за аварии под Мурманском

К чему приведет обрушение железнодорожного моста под Мурманском

Forbes
7 экспериментов по созданию гибрида человека и животного 7 экспериментов по созданию гибрида человека и животного

Ученые по всему миру проводят эксперименты по скрещиванию человека и животного

Популярная механика
Национальные ценности: как на самом деле надо готовить окрошку Национальные ценности: как на самом деле надо готовить окрошку

Как все-таки правильно готовить этот холодный летний суп

Esquire
Синьор Помидор Синьор Помидор

Как не ошибиться с выбором томатов

Лиза
В тени густых аллей В тени густых аллей

Не самые известные усадьбы, в которых стоит побывать

Лиза
Как повторить культовую прическу Клинта Иствуда Как повторить культовую прическу Клинта Иствуда

Канонический образ Клинта Иствуда – ваше спасение жарким летом

GQ
Жизнь после Жизнь после

Как сложилась судьба участников популярного музыкального реалити?

Cosmopolitan
Что упало - не пропало: правда ли быстро поднятое не считается упавшим Что упало - не пропало: правда ли быстро поднятое не считается упавшим

«Правило пяти секунд» работает далеко не всегда

Популярная механика
Маленькие хитрости: 5 вещей, которые облегчат уход за одеждой Маленькие хитрости: 5 вещей, которые облегчат уход за одеждой

В том, как правильно ухаживать за одеждой, нет ничего сложного

Esquire
Почти Мэрилин Монро и мать пятерых: удивительная жизнь Джейн Мэнсфилд Почти Мэрилин Монро и мать пятерых: удивительная жизнь Джейн Мэнсфилд

Джейн Мэнсфилд могла стать таким же символом эпохи, как Мэрилин Монро

Cosmopolitan
Фильм, фильм, фильм! 7 добрых картин для киновечеринки Фильм, фильм, фильм! 7 добрых картин для киновечеринки

Самое время устроить киновечеринку с попкорном, лимонадом и фильмами для всех

Cosmopolitan
Как герои культовых фильмов носили солнцезащитные очки Как герои культовых фильмов носили солнцезащитные очки

Какие очки выбирали герои киношные шпионы, бизнесмены и даже андроиды-пришельцы?

GQ
Тот еще Видок: История знаменитого преступника, ставшего еще более знаменитым сыщиком Тот еще Видок: История знаменитого преступника, ставшего еще более знаменитым сыщиком

Никогда не поздно развернуть свою жизнь на 180 градусов

Maxim
«Волшебная кнопка»: точка, которая включает голову «Волшебная кнопка»: точка, которая включает голову

Китайские медики считают, что на теле есть точка, отвечающая за ясность мышления

Psychologies
«Очень круто, когда нет человека» «Очень круто, когда нет человека»

Кто в России создает виртуальных инфлюенсеров

Inc.
Отсутствие морского льда повысило успех размножения у пингвинов Адели в Восточной Антарктиде Отсутствие морского льда повысило успех размножения у пингвинов Адели в Восточной Антарктиде

Исчезновение морского льда увеличило эффективность размножения колонии пингвинов

N+1
Ограбление по-боснийски: Сказ про самое дерзкое и хитроумное преступление XXI века Ограбление по-боснийски: Сказ про самое дерзкое и хитроумное преступление XXI века

История ограбления с игрушечным автоматом и надувной женщиной

Maxim
14 потусторонних фактов о сериале «Твин Пикс» 14 потусторонних фактов о сериале «Твин Пикс»

Факты не то, чем они кажутся

Maxim
7 вопросов диетологу 7 вопросов диетологу

Что делать с лишними килограммами, набранными в непростой весенний период

Худеем правильно
«В каком-то смысле каждый предприниматель должен лгать своим сотрудникам». Навал Равикант — о богатстве, свободе и ответственности «В каком-то смысле каждый предприниматель должен лгать своим сотрудникам». Навал Равикант — о богатстве, свободе и ответственности

Навал Равикант — о богатстве, свободе и ответственности

Inc.
Почему от растворимого кофе хочется спать: 7 основных причин Почему от растворимого кофе хочется спать: 7 основных причин

Есть сразу несколько причин, почему, выпив кофе, хочется спать

Playboy
Опережая некролог Опережая некролог

Отрывок из мемуаров Александра Ширвиндта «Опережая некролог»

СНОБ
Открыть в приложении