Hình ảnh đầu tiên về cấu trúc quỹ đạo hydro được chụp trong phòng thí nghiệm

Hình ảnh trên là một sự phá cách tuyệt đẹp từ một mô hình khoa học. Đó là một kỷ lục bắt nguồn từ sự quan sát trực tiếp của một nguyên tử hydro. Để đạt được kỳ tích, các nhà nghiên cứu tham gia dự án đã sử dụng một thiết bị mới được gọi một cách thuận tiện là kính hiển vi lượng tử - đúng như tên gọi của nó, cho phép một cái nhìn thoáng qua về vương quốc lượng tử mờ.

Để bắt đầu dịch "nhà khoa học" về tính mới một chút, "cấu trúc quỹ đạo" có nghĩa là không gian bị chiếm giữ bởi hạt nhân của nguyên tử và các electron của nó - hay "electron", đặc biệt là xem xét hydro. Điều làm nên kỳ tích khoa học của hình ảnh mở ra văn bản này cũng có thể là câu trả lời cho biệt ngữ khoa học: đó là chức năng sóng Sóng.

Nó là một hàm toán học được sử dụng để cố gắng hiểu ý nghĩa của sự hỗn loạn lượng tử tuyệt vời. Do đó, các giá trị thu được xử lý hành vi của các hạt hạ nguyên tử trong thời gian và không gian. Trong một trường hợp điển hình, các nhà khoa học sử dụng thiết bị - như phương trình Schrödinger - để mô tả các trạng thái hạ nguyên tử, thu được vô số kết quả phức tạp và đồ thị mờ.

Bản ghi trực tiếp đầu tiên

Tuy nhiên, thành tựu to lớn của hình ảnh mở ra văn bản này là khả năng quan sát thực sự chức năng sóng - ít nhất là vượt quá nhiều con số và lý thuyết. Trong khi xác định vị trí chính xác của một điện tử tương tự như cố gắng bắt một đám mây muỗi bằng một tay - thực tế là một loại không nhất quán lượng tử - có thể nắm được toàn bộ trạng thái lượng tử dựa trên các kết luận thống kê.

Tuy nhiên, điều này đòi hỏi một công cụ có khả năng thực hiện các phép đo khác nhau của các mẫu sóng theo thời gian. Tuy nhiên, thách thức vẫn còn: làm thế nào để tăng hình ảnh được ghi lại dựa trên trạng thái lượng tử của các hạt hạ nguyên tử? Theo các nhà khoa học, đó là nơi mà kính hiển vi lượng tử đi vào.

Điện tử chiếu

Sáng chế sử dụng quang hóa vi mô để trực tiếp hình dung các cấu trúc nguyên tử. Trong một bài đăng trong Thư đánh giá vật lý, Aneta Stodolna thuộc Viện Vật lý nguyên tử và phân tử FOM mô tả cách cô và nhóm của mình có thể nắm bắt cấu trúc nút của một nguyên tử hydro - được đặt trong một trường điện tĩnh.

Quá trình này bao gồm việc phóng các xung laser lên các nguyên tử, khiến các electron bị ion hóa sau đó thoát ra và đi theo các quỹ đạo cụ thể về phía máy dò hai chiều. Tất nhiên, có vô số đường dẫn điện tử có thể đi trước khi đến cùng một điểm dò. Theo Stodolna, điều này tạo ra các mẫu giao thoa phản ánh cấu trúc nút của các hàm sóng.

Cuối cùng, để hoàn thành hồ sơ, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một thấu kính tĩnh điện có khả năng tăng các phép chiếu thu được từ các electron lên 20.000 lần. Trong tương lai, các nhà nghiên cứu dự định sử dụng công nghệ tương tự để xác minh phản ứng của các nguyên tử bên trong từ trường.