¿Hay imágenes verdaderas de un átomo? Aprendiendo y Estudiando para siempre

Las imágenes reales de los átomos no son en realidad imágenes en absoluto.

Hay algunas buenas reglas de oro en la física. Entre los mejores está: la luz actúa como lo que usted esperaría en escalas muy por encima de su longitud de onda y actúa de forma rara en las escalas que se encuentran abajo. Para tomar una fotografía de una cosa, necesita luz para rebotar en ella de una manera razonable y viajar en línea recta (básicamente: comportarse como usted lo esperaría). Pero la longitud de onda de la luz visible es aproximadamente la mitad de un micrómetro (una dos millonésima parte de un metro) y los átomos tienen alrededor de un ångström (una diez mil millonésima parte de un metro). En la escala de los átomos, la luz visible actúa demasiado turbia para ser utilizada para fotografías.

Los átomos son, literalmente, demasiado pequeños para ver.

(Izquierda) Una fotografía de una bola 3. (Derecha) Lo que tenemos en lugar de una fotografía de un átomo.

Podría intentar usar la luz con una longitud de onda más corta, pero también hay problemas con eso. Cuando la luz tiene una longitud de onda mucho más corta de lo que un átomo es ancho, toma la forma de rayos gamma y cada fotón acumula suficiente energía para enviar átomos en movimiento y / o despojarlos de sus electrones (es esta característica la que hace que los rayos gamma sean peligrosos). Usar átomos de luz para obtener imágenes es como tratar de ver bien el nido de un pájaro lanzando balas de cañón.

Hay “trampas” que nos permiten usar la luz para ver lo pequeño. Cuando las escalas son tan pequeñas que la luz se comporta más como una onda que como una partícula, entonces solo usamos sus propiedades de onda (¿qué otra cosa puedes hacer?). Si obtiene un montón de copias idénticas de una cosa y las organiza en algún tipo de estructura repetitiva, entonces la estructura en su conjunto tendrá una forma muy particular de interactuar con las olas. Las ondas de luz cuidadosamente preparadas que pasan a través de estas estructuras regulares crean patrones de interferencia predecibles que pueden proyectarse en una pantalla. Usando esta técnica aprendimos mucho sobre el ADN y los cristales y todo tipo de cosas. Esto es lo más parecido a una fotografía de un átomo que es posible usando la luz y, es justo decirlo, no es realmente lo que nadie quiere decir con “fotografía”. Es menos como se ve la cosa y más borrosa como el rorschach que es útil para los científicos. Peor aún, no es realmente una imagen de átomos individuales reales, es información sobre una estructura repetitiva de átomos que sucede que toma la forma de una imagen.

Al pasar la luz (izquierda) o incluso los flujos de electrones (derecha) a través de una estructura cristalina regular, creamos un patrón de interferencia que nos da información sobre la estructura del cristal (pero nunca imágenes de átomos individuales). La imagen de la izquierda (izquierda) es un patrón creado por el ADN (las especies no son importantes). Note como no es obvia la estructura helicoidal. La imagen de la derecha es creada por un haz de electrones que pasa a través de un simple mineral o sal.

Estas técnicas todavía están en uso hoy en día (son relativamente baratas), pero desde 1981 también hemos tenido acceso al microscopio electrónico de barrido de túnel (STM). Sin embargo, a pesar de las imágenes que crea, el STM tampoco está tomando una fotografía. El STM ve el mundo de la manera en que una persona ciega en el extremo de un pequeño brazo robótico ve el mundo.

El STM es básicamente una aguja con un punto que es un solo átomo (literalmente, es lo más puntual posible) que se usa para medir variaciones eléctricas sutiles (como un átomo perdido que se asienta sobre lo que de otra manera era una superficie muy plana y limpia) . El bit “Tunneling Electron” del nombre se refiere a la naturaleza de la interacción eléctrica que se utiliza para detectar la presencia de átomos; cuando la punta se acerca a un átomo, los electrones se canalizan entre ellos y el intercambio de electrones se puede detectar como una corriente. El bit de “Escaneo” del nombre se refiere a cómo se usa esto para generar una imagen: escaneando una y otra vez a través de una superficie hasta que haya golpeado cada átomo con su aguja varias veces. Las imágenes así generadas no son fotografías, son mapas de lo que experimentó la aguja de STM cuando se movió sobre la superficie. El STM “ve” los átomos usando esta aguja de la misma manera que usted puede “ver” el fondo de un río fangoso con un palo de pokin.

Un STM y algunas de las imágenes que asoma.

Esta tecnología ha existido durante décadas y, como la llegada del sintetizador, ha dado lugar a todo tipo de asedio.

Gracias