Le gagnant du concours photo scientifique de pointe capture un seul atome

À la fin du lycée, la plupart d'entre nous avaient une idée de ce qu'est un atome. Ce sont les formes les plus élémentaires des éléments du tableau périodique. Ce sont de minuscules sphères qui composent théoriquement tout ce qui se trouve dans l’univers, des cellules de notre corps à l’air que nous respirons. Ils peuvent être divisés pour créer une bombe atomique. Parfois, ils sont dessinés comme des systèmes solaires à protons ronds et à électrons en orbite, bien que ce ne soit évidemment pas leur apparence. Comme beaucoup de concepts scientifiques, le problème avec les atomes est que nous ne pouvons pas vraiment voir leur.

Mais la photo gagnante d’un concours prestigieux de photographie scientifique organisé à l’échelle du Royaume-Uni par le Conseil national de la recherche en ingénierie et en sciences physiques (EPSRC) a changé la donne. La photo, prise par David Nadlinger, physicien quantique à l'université d'Oxford, s'intitule "Un seul atome dans un piège à ions". Le titre est explicite: Nadlinger a littéralement capturé une photo d'un seul atome dans un dispositif appelé un piège à ions. Les scientifiques les plus proches sont venus faire cela quand les chercheurs de l’Université Griffith ont photographié le ombre d'un atome en 2012.

Mais voici l’atome de Nadlinger, dans toute sa gloire minuscule. Vous devrez peut-être plisser les yeux.

Un zoom dans l’espace situé entre le piège montre une vue légèrement meilleure de l’atome, ce que Nadlinger a décrit avec une référence aux mots intemporels de Carl Sagan sur notre planète.

"L'idée de ne voir qu'un seul atome à l'œil nu m'avait semblé être un pont merveilleusement direct et viscéral entre le monde quantique minuscule et notre réalité macroscopique", a déclaré Nadlinger dans un communiqué de l'EPSRC. «Un calcul à l'arrière de l'enveloppe a montré que les chiffres étaient de mon côté et quand je suis parti au laboratoire avec un appareil photo et des trépieds un dimanche après-midi tranquille, j'ai été récompensé avec cette image particulière d'un petit point bleu pâle."

Les pièges à ions sont une famille de dispositifs qui utilisent des champs magnétiques et électriques pour capturer des particules individuelles chargées (les ions ne sont que des atomes qui ne possèdent pas un nombre stable d'électrons), qui sont utiles aux physiciens quantiques qui étudient le temps et l'informatique quantique. Pour empêcher l'atome de zoomer, le piège utilise une chambre à ultra-vide. Nadlinger a pris cette photo en pointant sa caméra à travers une fenêtre de cette chambre, capturant l'atome piégé dans l'espace de 2 millimètres situé entre deux aiguilles.

L'atome sur cette photo est un ion de strontium chargé positivement; quand ils sont suffisamment en réseau, ils forment ce que nous appelons le strontium de métal argenté. Mais comme nous ne pouvons voir que les éléments réfléchissant la lumière, Nadlinger a illuminé l’atome avec un laser bleu-violet spécifique, ce qui lui a permis d’absorber et de réémettre suffisamment de lumière pour être capturée par une photographie à exposition longue.

La photographie de Nadlinger ne permettra peut-être pas plus facilement aux étudiants en sciences de comprendre la structure quantique de l’atome, ce qui nécessite de le décomposer en parties encore plus fines et impossibles à photographier. Mais au moins, cela fournit à notre cerveau en difficulté quelque chose de concret avec lequel travailler.