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

Новые гибкие актуаторы позволили колесному роботу трансформироваться в квадрокоптер Новые гибкие актуаторы позволили колесному роботу трансформироваться в квадрокоптер

Инженеры разработали гибкие актуаторы, которые могут плавно деформироваться

N+1
Интересные факты о Сергее Эйзенштейне Интересные факты о Сергее Эйзенштейне

Эйзенштейн снял драму об Иване IV во время войны и попал в немилость к Сталину

Культура.РФ
Клопы использовали химическую сигнализацию пчел для охоты на них самих Клопы использовали химическую сигнализацию пчел для охоты на них самих

Клопы-хищнецы научились обманывать жертв, заманивая их в ловушку

N+1
Как малому бизнесу поднять деньги с помощью краудфандинга Как малому бизнесу поднять деньги с помощью краудфандинга

Краудфандинг может быть полезен не только венчурной индустрии

Inc.
Как наше имя влияет на нашу внешность: научные данные Как наше имя влияет на нашу внешность: научные данные

Могут ли наши имена влиять на наш внешний вид? Вероятно, да

ТехИнсайдер
Эмма Стоун, Крис Эванс и другие артисты с психическими отклонениями Эмма Стоун, Крис Эванс и другие артисты с психическими отклонениями

Знаменитости, не боящиеся открыто говорить о своих психических расстройтсвах

РБК
Гувернантки в имперской России Гувернантки в имперской России

История гувернерства от петровских времен до революции

Культура.РФ
«Я люблю тупость и идиотизм, но когда это сделано радостно». Славе Полунину исполняется 70 лет «Я люблю тупость и идиотизм, но когда это сделано радостно». Славе Полунину исполняется 70 лет

Над чем сейчас смеется Слава Полунин

Forbes
Правила жизни Фрэнсис Макдорманд Правила жизни Фрэнсис Макдорманд

Правила жизни актрисы Фрэнсис Макдорманд

Esquire
Семья карьере не помеха! Семья карьере не помеха!

Иногда профессиональному росту мешает не личная жизнь, а ее отсутствие

Лиза
Серый, бурый, малиновый: с каким цветом сочетается оранжевый Серый, бурый, малиновый: с каким цветом сочетается оранжевый

Не знаешь, с чем лучше сочетать рыжую рубашку или апельсиновые кеды?

Cosmopolitan
«Лето будет “тихим”»: креативные агентства о том, как пандемия изменила их бизнес и чего ждать в будущем «Лето будет “тихим”»: креативные агентства о том, как пандемия изменила их бизнес и чего ждать в будущем

Клиенты креативных агентств урезали бюджеты на продвижение

VC.RU
По другим правилам По другим правилам

Мы то и дело слышим, что после пандемии мир не будет прежним

Добрые советы
Каково это — дожить до ста лет: истории шести россиянок, успевших пожить при царе, Сталине и Путине Каково это — дожить до ста лет: истории шести россиянок, успевших пожить при царе, Сталине и Путине

Они жили при царе, при Сталине и при Путине и имеют свое мнение обо всем

Esquire
Выбросила тысячи велосипедов и отдала проект конкуренту: Uber купила стартап Jump, но не справилась с его развитием Выбросила тысячи велосипедов и отдала проект конкуренту: Uber купила стартап Jump, но не справилась с его развитием

Почему Uber отказалась от велошеринга Jump

VC.RU
Сара Перри: Мельмот Сара Перри: Мельмот

Фрагмент из романа Сары Перри о неприметной англичанке Хелен Франклин

СНОБ
Мышам с моделью болезни Альцгеймера помогли вспомнить забытое Мышам с моделью болезни Альцгеймера помогли вспомнить забытое

Открыто новое направление исследования деменции и путей ее лечения

N+1
Холод оказался для растений в семь раз благоприятнее тепла Холод оказался для растений в семь раз благоприятнее тепла

Наибольшая опасность грозит растительности умеренных широт

N+1
Встать, суд идиот! 10 самых нелепых приговоров Встать, суд идиот! 10 самых нелепых приговоров

Иногда быть униженным и оскорбленным — очень выгодное дело

Maxim
Семь главных фишек Audi A7 Семь главных фишек Audi A7

Полный годовой отчёт тест-драйва Audi A7

Популярная механика
Тина Канделаки: «Поддерживать фигуру – кропотливый труд» Тина Канделаки: «Поддерживать фигуру – кропотливый труд»

Сложно представить, что Тина Канделаки имела проблемы с лишним весом

Худеем правильно
Примат примату — волк. Почему люди постоянно воюют Примат примату — волк. Почему люди постоянно воюют

Почему из всех животных воюют друг с другом только люди?

Maxim
Как строят в вечной мерзлоте: мнение эксперта Как строят в вечной мерзлоте: мнение эксперта

Как проходит строительство современных объектов в условиях вечной мерзлоты

Популярная механика
Выбрать собаку и жить с ней в ладу: советы зоопсихолога Выбрать собаку и жить с ней в ладу: советы зоопсихолога

По каким параметрам подбирать себе собаку и как сосуществовать с ней в ладу

Psychologies
Одиночество — вирус, который передается по наследству Одиночество — вирус, который передается по наследству

Как за последние 100 лет изменился образ одинокой женщины?

Psychologies
#инструктаж: как сделать кроссовки белыми снова #инструктаж: как сделать кроссовки белыми снова

Как самостоятельно избавить белые кроссовки от грязи, потемнений и желтых пятен?

РБК
7 советов по стилю от Стиви Уандера 7 советов по стилю от Стиви Уандера

Готовьтесь познать безумные и свободные 1970-е

GQ
Мир черно-белый. Или нет? Мир черно-белый. Или нет?

Почему нам так важно разделить мир на черное и белое?

Psychologies
Что решил рассказать Путин своей статьей накануне парада Что решил рассказать Путин своей статьей накануне парада

Как Путин смотрит на историю XX века

СНОБ
Полный гид по видеосвиданиям: 9 советов, чтобы все прошло идеально Полный гид по видеосвиданиям: 9 советов, чтобы все прошло идеально

Не сомневайся — это будет круто!

Playboy
Открыть в приложении