Атом водорода фото: Фотография структуры атома водорода: квантовый микроскоп |

Содержание

Фотография структуры атома водорода: квантовый микроскоп

Фотография орбитальной структуры атома водорода

На данной фотографии вы смотрите на первое прямое изображение орбит электрона вокруг атома — фактически волновую функцию атома!

Для получения фотографии орбитальной структуры атома водорода, исследователи использовали новейший квантовой микроскоп — невероятное устройство, которое позволяет ученым заглянуть в область квантовой физики.

Орбитальная структура пространства в атоме занята электроном. Но при описании этих микроскопических свойств материи, ученые полагаются на волновые функции — математические способы описания квантовых состояний частиц, а именно того, как они ведут себя в пространстве и во времени.

Как правило, в квантовой физике используют формулы типа уравнения Шредингера для описания состояний частиц.

Препятствия на пути исследователей

До сегодняшнего момента, ученые фактически никогда не наблюдали волновую функцию. Попытка уловить точное положение или импульс одинокого электрона было сродни попытке поймать рой мух. Прямые наблюдения искажались весьма неприятным явлением — квантовой когерентностью.

Чтобы измерить все квантовые состояния нужен инструмент, который может проводить множество измерений состояний частицы с течением времени.

Но как увеличить и так микроскопическое состояние квантовой частицы? Ответ нашла группа международных исследователей. С помощью квантового микроскопа — устройства, которое использует фотоионизацию для прямых наблюдений атомных структур.

В своей статье в популярном журнале Physical Review Letters, Aneta Stodolna работающая в институте молекулярной физики (AMOLF) в Нидерландах рассказывает, как она и ее команда получили структуры узловых электронных орбиталей атома водорода помещенных в статическом электрическом поле.

Траектория движения электронов

Методика работы

После облучения лазерными импульсами, ионизированные электроны покидали свои орбиты и по измеренной траектории попадали в 2D детектор (двойная микроканальная пластина [MCP]. Детектор расположен перпендикулярно к самому полю). Существует множество траекторий, по которым могут перемещаться электронов до столкновения с детектором. Это обеспечивает исследователей набором интерференционных картин, — моделей которые отражают узловую структуру волновой функции.
Исследователи использовали электростатическую линзу, которая увеличивает исходящую волну электронов более чем в 20000 раз.

Примеры четырех состояний атома водорода. В среднем столбце приведены экспериментальные измерения, в то время как колонка справа показывает время-зависимое вычисление уравнений Шредингера — и они совпадают

Забегая вперед, скажем что ученые планируют использовать ту же технологию, чтобы посмотреть, как ведут себя атомы в магнитном поле.

Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!

Просмотров записи: 18474

Запись опубликована: 25.05.2013
Автор: Максим Заболоцкий

Сфотографирован атом водорода. — Фотографии. И не только. — LiveJournal

Сфотографирован атом водорода.

: www_fototysa_ru; June 3rd, 2013

Атом водорода

Фото: prl.aps.org

Группа ученых из Германии, Греции, Нидерландов, США и Франции получила снимки атома водорода. На этих изображениях, полученных при помощи фотоионизационного микроскопа, видно распределение электронной плотности, которое полностью совпадает с результатами теоретических расчетов. Работа международной группы представленана страницах Physical Review Letters.

Суть фотоионизационного метода заключается в последовательной ионизации атомов водорода, то есть в отрывании от них электрона за счет электромагнитного облучения. Отделившиеся электроны направляются на чувствительную матрицу через положительно заряженное кольцо, причем положение электрона в момент столкновения с матрицей отражает положение электрона в момент ионизации атома. Заряженное кольцо, отклоняющее электроны в сторону, играет роль линзы и с его помощью изображение увеличивается в миллионы раз.

Этот метод, описанный в 2004 году, уже применялся для получения «фотографий» отдельных молекул, однако физики пошли дальше и использовали фотоионизационный микроскоп для исследования атомов водорода. Так как попадание одного электрона дает всего одну точку, исследователи накопили около 20 тысяч отдельных электронов от разных атомов и составили усредненное изображение электронных оболочек.

В соответствии с законами квантовой механики, электрон в атоме не имеет какого-то определенного положения сам по себе. Лишь при взаимодействии атома с внешней средой электрон с той или иной вероятностью проявляется в некоторой окрестности ядра атома: область, в которой вероятность обнаружения электрона максимальна, называется электронной оболочкой. На новых изображениях видны различия между атомами разных энергетических состояний; ученые смогли наглядно продемонстрировать форму предсказанных квантовой механикой электронных оболочек.

При помощи других приборов, сканирующих туннельных микроскопов, отдельные атомы можно не только увидеть, но и переместить в нужное место. Эта техника около месяца назад позволила инженерам компании IBM нарисовать мультфильм, каждый кадр которого сложен из атомов: подобные художественные эксперименты не имеют какого-то практического эффекта, но демонстрируют принципиальную возможность манипуляций с атомами. В прикладных целях используется уже не поатомная сборка, а химические процессы с самоорганизацией наноструктур или самоограничением роста одноатомных слоев на подложке.

Строго говоря, обычной фотографии в наши дни почти не осталось. Изображения, которые мы по привычке называем фотографиями и можем найти, к примеру, в любом фоторепортаже «Ленты.ру», вообще-то, являются компьютерными моделями. Светочувствительная матрица в специальном приборе (по традиции его продолжают называть «фотоаппаратом») определяет пространственное распределение интенсивности света в нескольких разных спектральных диапазонах, управляющая электроника сохраняет эти данные в цифровом виде, а потом другая электронная схема на основе этих данных отдает команду транзисторам в жидкокристаллическом дисплее. Пленка, бумага, специальные растворы для их обработки — все это стало экзотикой. А если мы вспомним буквальное значение слова, то фотография — это «светопись». Так что говорить о том, что ученым удалось фотографировать атом, можно лишь с изрядной долей условности.

Больше половины всех астрономических снимков уже давно делают инфракрасные, ультрафиолетовые и рентгеновские телескопы. Электронные микроскопы облучают не светом, а пучком электронов, а атомно-силовые и вовсе сканируют рельеф образца иглой. Есть рентгеновские микроскопы и магнитно-резонансные томографы. Все эти приборы выдают нам точные изображения различных объектов, и несмотря на то что о «светописи» говорить здесь, разумеется, не приходится, мы все же позволим себе именовать такие изображения фотографиями.

http://lenta.ru/news/2013/05/27/atom/

http://lenta.ru/articles/2013/06/02/micro/

Tags: наука, ссылка, физика, фотография

Улыбнись, атом водорода, ты в квантовой камере

Лиза Гроссман

Электроны АТОМА — это постоянно меняющаяся квантовая рукопашная, но оказывается, что вы все еще можете сфотографировать их, как если бы они стояли на месте. Квантовый микроскоп изобразил волновую функцию атома водорода, уравнение, определяющее положение его электронов, и, в свою очередь, свойства атома.

Электроны, которые танцуют вокруг атомного ядра, помогают определить, как атом связывается с другими, но их, как известно, трудно определить. Благодаря квантовой теории, согласно которой крошечные частицы находятся в нескольких местах одновременно, вы никогда не сможете сказать, где на самом деле находится данный электрон. Лучшее, что вы можете сделать, это сказать, насколько вероятно, что это будет в данном месте.

Не все позиции одинаково доступны: электроны могут находиться только на определенных расстояниях от ядра, причем эти расстояния связаны с тем, сколько энергии удерживает электрон. В принципе, волновая функция, обозначаемая греческой буквой пси, может быть использована для выявления этих энергетических уровней для любого данного атома или молекулы, хотя на практике это было сделано только для самых простых — атома и молекулы водорода (состоящих из двух атомов). атомы водорода связаны друг с другом).

Но как сделать изображение такого объекта? Измерение положения отдельного электрона «коллапсирует» волновую функцию, заставляя его выбирать конкретное положение, но само по себе это не отражает его нормальное, квантовое присутствие в атоме. «Волновые функции трудно измерить. Это изысканные квантовые объекты, которые меняют свой внешний вид при наблюдении», — говорит Анета Стодольна из Института FOM AMOLF в Амстердаме, Нидерланды.

Ее команда решила сделать снимок, используя придуманную 30 лет назад технику, которую можно представить как квантовый микроскоп. Вместо того, чтобы сделать снимок одного атома, они взяли образцы группы атомов. Это устраняет квантовую природу электрона каждого отдельного атома, заставляя его выбирать определенное место из тех, в которых ему разрешено находиться. Сделайте это с достаточным количеством атомов, и число, выбирающее каждое место, будет отражать квантовые вероятности, заданные волновой функцией.

Команда Стодольны создала пучок атомарного водорода и поразила его двумя отдельными лазерами, которые возбуждали электроны атомов в определенной степени. Затем приложенное электрическое поле отталкивало возбужденные электроны от их соответствующих ядер к детектору, находящемуся примерно в полуметре от них.

Электроны излучали волны, которые создавали интерференционную картину на детекторе (см. «Раздетый атом»). Важно отметить, что картина представляла собой проекцию расстояний между энергетическими уровнями в атоме водорода, как показано в волновой функции, со светлыми кольцами там, где электроны присутствовали, и темными полосами там, где их не было (9).0021 Physical Review Letters , doi.org/mmz). «Вы можете думать о нашем эксперименте как об инструменте, который позволяет вам заглянуть внутрь атома и увидеть, что происходит», — говорит Стодольна.

Наш эксперимент – это инструмент, позволяющий заглянуть внутрь атома и увидеть, что происходит

Результат напоминает интригующий спор: является ли волновая функция в атоме реальной физической волной или очень полезной частью математики. «Когда вы видите такие картинки, вы думаете, как можно не думать, что пси — это реальность?» — говорит Терри Рудольф из Имперского колледжа Лондона, который в настоящее время работает над тем, чтобы доказать, что это так. Но он добавляет, что необходимы дальнейшие тесты, чтобы ответить на вопрос раз и навсегда.

«Это относится к фундаментальной системе квантовой физики», — говорит Кристофер Сминк из Оттавского университета в Канаде. По его словам, этот метод можно использовать для изучения более крупных атомов. «Из-за простоты атома водорода он служит эталоном для многоэлектронных атомов или молекул».

Эта статья появилась в печати под заголовком «Улыбнись, атом водорода, ты в квантовой камере».
квантовая наука

Атом водорода — Bilder und stockfotos

13,944444444444449 гг. Oder starten Sie eine neuesuche, um noch mehr Stock-Photografie und Bilder zu entdecken.

Viele Molekulare auf Blauem Hintergrund — фото и изображения атома водорода

Viele molekulare auf blue Hintergrund

3D-модель молекулы h3-wasserstoff — стоковые фотографии и изображения атома водорода

3D-модель молекулы h3-wasserstoff

blue Warmen Sonne — атом водорода стоковые фотографии и изображения

Blue Warmen Sonne

wasserstoffmolekül od Stocker Atom — атом водорода -fotos und bilder

Wasserstoffmolekül или Atom

wasserstoffmoleküle auf grünemhintergrund. nachhaltiges, альтернативы energiequellenkonzept. — Сток-графика атома водорода, -клипарт, -мультфильмы и -символ

Wasserstoffmoleküle auf grünem Hintergrund. Нахалтигес,…

Abstraktes Nano-MolekularStrukturkonzept-атом водорода. -clipart, -cartoons und -symbole

Symbole für Kraft und Energie

Brennstoff- und Stromerzeugung, Energie, Icon-Set, Vektorillustration.

h3o wasser-molekül-modell und chemische formel — атом водорода, графика, -клипарт, -мультфильмы и -символ

h3O Wasser-Molekül-Modell und chemische Formel

h3O. Wassermolekülmodell, chemische Formel, Ball-and-Stick-Modell, Geometrische Struktur und Strukturformel. Polare anorganische Verbindung, geschmacks- und geruchlose Flüssigkeit. Иллюстрация über Weiß. Вектор.

энергия — набор векторных иконок dünne linie . пиксель идеальный. беарбейтбарер контур. das set enthält symbole: solarenergie, windkraft, erneuerbare energien, wasserkraft, wasserstoff, grüne technologie. — атом водорода сток-график, -клипарт, -мультфильмы и -символ

ЭНЕРГИЯ — набор векторных иконок dünne Linie. Pixel perfekt….

ENERGIE — Векторные символы для линий. 20 линейных символов. Идеальный пиксель. Bearbeitbarer Gliederungsstrich. Das Set enthält Symbole: Solarenergie, Windkraft, Erneuerbare Energien, Strom, Wasserkraft, Biokraftstoff, Wasserstoff, Grüne Technologie.

wasserstoffmoleküle — 3d-иллюстрация — атом водорода: стоковые фотографии и изображения

Wasserstoffmoleküle — 3D-иллюстрация

3d-модель молекул h3-wasserstoff — атом водорода, стоковые фотографии и изображения

3D-Modelle des Moleküls h3-Wasserstoff

Modelle von Wasserstoffmolekülen, die vor blauem Hintergrund schweben — h3 wissenschaftliches Element

modell des moleküls wasserstoff h3 wissenschaftliches element — hydrogen atom stock-fotos und bilder

Modell des Moleküls Wasserstoff h3 wissenschaftliches Element

wissenschaft -концепт. метан или молекула аммиака. 3D аббилдунг gerendert. — атом водорода стоковые фотографии и фотографии

Wissenschaft-Konzept. Метан или Аммониак Moleküle. 3D…

абстрактная наномолекулярная структура. Wasser 3d kugeln — атом водорода стоковые фотографии и изображения

Abstrakte Nanomolekülstruktur. Wasser 3D Kugeln

Нанотехнологии и абстрактные графические структуры

атомов — атомы водорода стоковые графики, -клипарты, -мультфильмы и -символы

Структура атомов

nahtloses собрать де H3-moleküls. grünes wasserstoff-energiekonzept. — Сток-графика атома водорода, -клипарт, -мультфильмы и -символ

Nahtloses Muster des h3-Moleküls. Grünes Wasserstoff-Energiekonzep

Nahtloses Сбор h3-Moleküls. Grünes Wasserstoff-Energiekonzept

energie des molekül oder atom — hydrogen atom stock-fotos und bilder

Energie des Molekül oder atom

abstrakte nanomolekulare struktur — hydrogen atom stock-fotos und bilder

Abstrakte nanomolekulare Struktur

bohr-modell des wissenschaftlichen wasserstoffs atom vector — атом водорода сток-график,-клипарт,-мультфильмы и-символ

Bohr-Modell des wissenschaftlichen Wasserstoffs Atom Vector

Bohrsches Modell des wissenschaftlichen Wasserstoffatomvectors. Der Strukturkern des Atoms besteht aus der Zusammensetzung des Protonen- und Elektronenmaterials. Physik Chemie Konzept Realistische 3D-Illustration

wasserstoff-ikone mit klarem blauen himmel — hydrogen atom stock-fotos und bilder

Wasserstoff-Ikone mit klarem blauen Himmel

3D-Darstellung eines grünen Wasserstoffsymbols in einer grünen Pflanzenumgebung mit blauem Himmel

sammlung molekularchemischer modelle комбинация вассерстофф-зауэрстофф-натриумколенстоффстикстофф и хлор. vektormoleküle illustration isoliert auf weißemhintergrund — атом водорода сток-графика, -клипарт, -мультфильмы и -символ

Sammlung molekularchemischer Modelle Kombinationen aus…

Sammlung molekularchemischer Modellkobinationen aus Wasserstoff-Sauerstoff-Natriumkohlenstoff-Stickstoff und Chlor. Vektormolekül-Set-Illustration isoliert auf weißem Hintergrund

Innovationen in der Medizin Abstrakte Molekulare Struktur — атом водорода стоковые фото и изображения

Innovationen in der Medizin Abstrakte Molekulare Struktur

прозрачные молекулы воды в молекулярных структурах

водородов0002 Transparentes Wasser h3O Moleküle im Wasser schwimmende

chemiemodell des moleküls wasserstoff h3 wissenschaftliches element. integrierte partikel natürliche anorganische 3d-molekularstruktur-verbindung. zwei grüne volumenkugeln vektor-illustration isoliert — атом водорода, графика, клипарт, мультфильмы и символы

Chemiemodell des Moleküls Wasserstoff h3 wissenschaftliches…

abstrakte nanomolekülstruktur. Wasser 3d kugeln — атом водорода стоковые фотографии и изображения

Abstrakte Nanomolekülstruktur. Вассер 3D Кугельн

eco-freundlich Sauber Wasserstoff-energie-konzept. 3D-рендеринг символа wasserstoff на frische frühlingswiese mit blue himmel im hintergrund. — атом водорода фото и фото

Eco-freundlich sauber Wasserstoff-Energie-Konzept. 3D-рендеринг…

Боровская модель атомов атомов водорода с протонами и электронами — атом водорода стоковые фотографии и изображения

Модель Бора атомов атомов водорода с протонами и электронами

Боровская модель атомов атомов водорода с протонами и электронами. Wissenschaft und chemisches Konzept 3D-иллюстрация

nukleare взрыв aus der höhe des vogelfluges. — стоковые фотографии атома водорода и фото

Nukleare Explosion aus der Höhe des Vogelfluges.

Die schreckliche nukleare Explosion mit Wolkenhöhe.

абстрактная молекулярная структура с синей основой. — атом водорода стоковые фотографии и изображения

Абстрактные молекулярные структуры с синей основой.

wasserstoff-h3-molekülmodell, energie-wasser-brennstoffzelle, 3d-иллюстрация — атом водорода стоковые фотографии и изображения

Wasserstoff-h3-Molekülmodell, Energie-Wasser-Brennstoffzelle, 3D-I

фокус на химическом элементе wasserstoff beleuchtet im Periodensystem der Elemente. 3D-рендеринг — атом водорода стоковые фотографии и изображения

Фокус на химическом элементе Wasserstoff beleuchtet im…

Структурная химическая форма из этанола. — атом водорода стоковые фотографии и фото

Структурная химическая форма этанола.

chemie modell wasser h3o wissenschaftliche element formel. интегрировать естественные анорганические 3D-молекулярные структуры с лучшей стороны. zwei wasserstoff- und sauerstoffvolumen-atomvektorkugeln — атом водорода сток-графика, -клипарт, -мультфильмы и -символ

Chemie Modell Molekül Wasser h3O wissenschaftliche Element Formel.

абстрактная наномолекулярная структура. h3 wasserstoff — атом водорода стоковые фотографии и изображения

Абстрактные наномолекулярные структуры. h3 Wasserstoff

Nanotechnologie und abstrakte Graphenstrukturen

abstraktes konzept von wasser (h3o) molekülen. дрейдимерная иллюстрация. — атом водорода стоковые фотографии и изображения

Abstraktes Konzept von Wasser (h3o) Molekülen.

3d визуализация молекулярная структура, озон, вассерстофф и зауэрстофф, селективный фокус — атом водорода стоковые фото и изображения

3D-рендеринг молекулярной структуры, Ozon, Wasserstoff и…

3D-рендеринг молекулярной структуры, Ozon, Wasserstoff и Sauerstoff, селективный фокус.

молекула воды. структура. 3D-рендеринг — атом водорода стоковые фотографии и изображения

Molekül des Wassers. Структура. 3D-рендеринг

молекулярной структуры озона с прозрачным и черным фоном. — атом водорода: стоковые фотографии и изображения

Молекулярная структура озона с прозрачными цветами и синим…

значок с изображением синего цвета — атом водорода, стоковые фотографии и изображения

Wasserstoff-Ikone mit klarem blue Himmel

3D-Darstellung eines grünen Wasserstoffsymbols in einer grünen Pflanzenumgebung mit blue Himmel

молекулярный вектор-символ. molekül-zeichen im flachen stil. EPS 10. — атом водорода сток-графика, -клипарт, -мультфильмы и -символ

Molekül-Vektor-Symbol. Molekül-Zeichen im flachen Stil. EPS 10.

Molekülvektor-Symbol. Molekülzeichen im flachen Stil. EPS 10

wissenschaft-hintergrund mit molekül oder atom — атом водорода стоковые фотографии и изображения

Wissenschaft-Hintergrund mit Molekül oder atom

абстрактная наномолекулярная структура. wasser 3d kugeln — атом водорода стоковые фотографии и изображения

Абстрактные наномолекулярные структуры. Wasser 3d Kugeln

einfache chemie-formel und molekül-linie-symbol. символ и zeichen вектор-иллюстрация-дизайн. isoliert auf weißemhintergrund — атом водорода сток-графика, -клипарт, -мультфильмы и -символ

Einfache Chemie-Formel und Molekül-Line-Symbol. Символ и…

атома и молекулы векторной иллюстрации. Диаграмма связей меченых соединений. — атом водорода сток-график, -клипарт, -мультфильмы и -символ

Атом и молекула вектор-иллюстрация. Облигации меченых соединений…

Atome und Moleküle Vektorillustration. Диаграмма «Beschriftete Verbindungen» Ionisches und kovalentes Erklärungsschema mit pädagogischem Beispiel. Physik und Chemie Substanzelementpartikel Infografik.

abstrakte wasserstoff молекулярная структура h3 — фото и изображения атома водорода0002 Methanmoleküle

Abstrakte Methanglasmolekülmodelle, die mit blauem Hintergrund schweben

grüner wasserstoff: eine Alternative, die emiten reduziert und sich um unseren planeten kümmert. — стоковые фотографии атома водорода и изображения

Grüner Wasserstoff: eine Alternative, die Emissionen reduziert…

sammlung von ektorisierten symbolen im linearen stil zum the elektrische energie. erneuerbare und nicht erneuerbare ressourcen — атом водорода сток-графика, -клипарт, -мультфильмы и -символ

Набор векторных символов в линейных стилях для темы…

плакат общества зеленого водорода. векторные иллюстрации в формате — атом водорода сток-графики, -клипарт, -мультфильмы и -символ

Плакат общества зеленого водорода. Векторные иллюстрации и…

абстрактные наномолекулярные структуры. Wasser 3d kugeln — атом водорода стоковые фотографии и изображения

Abstrakte Nanomolekülstruktur. Wasser 3D Kugeln

03-molekül — атом водорода сток-графика, -клипарт, -мультфильмы и -символ

03-Molekül

Wasser ist die treibende Kraft aller Natur. Die Иллюстрация био-Infografiken мит Wassermolekül в прозрачном стиле. Экология и биохимия-Konzept. Rette die Gewässer der Welt! Natürliches Konzept. Векторбилд.

wasserstoff: kraftstoff der zukunft. elementares wasserstoffkonzept aus dem periodensystem chemischer elemente. хеллблауэр хинтергрунд. — стоковые фотографии и изображения атома водорода

WASSERSTOFF: KRAFTSTOFF DER ZUKUNFT. Elementares…

wassermoleküle structur abstrakten intergrund, векторные иллюстрации — атом водорода, графика, клипарт, мультфильмы и символы

Wassermoleküle Struktur abstrakten Hintergrund, Vektor-Illustratio

wissenschaft medizinisches molekül — атом водорода стоковые фотографии и фотографии

Wissenschaft Medizinisches Molekül

умереть взрывом в атомной бомбе в городе. — атом водорода стоковые фотографии и изображения

Die Explosion einer Atomombe in der Stadt.

Die Explosion einer nuklearen Ladung в einer Großstadt.

körpers — атом водорода стоковая графика, -клипарт, -мультфильмы и -символ

Körpers

grüne wasserstoffproduktion.