Technik

Makrofotografie: Das erste Bild eines einzelnen Atoms

von Marten Zabel

Einem Österreicher ist ein Clou der Makrofotografie gelungen: Er hat im Labor ein einzelnes Atom für das bloße Auge sichtbar gemacht.

Die Ionenfalle, in der der Makrofotograf das Strontium-Atom abgelichtet hat
Versuch macht klug: In dieser Ionenfalle hat David Nadlinger das Strontium-Atom abgelichtet – und damit einen neuen Höhepunkt der Makrofotografie geschaffen. Foto: David Nadlinger/University of Oxford/EPSRC

Das erfahren Sie gleich:

  • Das britische Engineering and Physical Science Research Council hat das Bild eines einzelnen sichtbaren Atoms in einer Makrofotografie ausgezeichnet
  • Es ist damit erstmals möglich geworden, ein Strontium-Atom mit bloßem Auge zu sehen
  • Der Aufbau der Materie wird erst mit mit Makrofotografie sichtbar – vom Atom bis zur einzelnen Zelle

Ein einzelnes Atom im Makrofoto

In einem ruhigen Moment an einem Samstagnachmittag im Labor an der Universität Oxford ist David Nadlinger ein Höhepunkt der Makrofotografie gelungen: Sein Bild "Single Atom in an Ion Trap" zeigt genau das, was der Titel sagt – ein einzelnes Strontium-Atom in einer Ionenfalle. Fotografiert mit einer regulären Digitalkamera auf einem Stativ. Damit hat der österreichische Forscher und Fotograf zudem die Auszeichnung des britischen Engineering and Physical Science Research Councils gewonnen.

Der Aufbau für das Atom-Foto

Die Mathematik, so Nadlinger, war auf seiner Seite: Er hatte eine grobe Berechnung durchgeführt, was nötig sein würde, um ein einzelnes Atom sichtbar zu machen. Der Aufbau der Technik erinnert an klassische Versuche der Physik: In einer extrem starken Vakuumkammer hat der Forscher zwei Elektroden als Ionenfalle in einem Abstand von etwa zwei Millimetern platziert. Deren Magnetfeld fängt das Strontium-Atom ein und hält es an seinem Platz.

Dann nutzte Nadlinger einen Laser in der passenden violett-blauen Frequenz, um das Atom anzuregen und so zum Leuchten zu bringen. Mit dem Stativ konnte er die Kamera dann stabil auf das Sichtfenster der Vakuumkammer ausrichten und mit einer längeren Belichtungsdauer sein Foto schießen.

Detailansicht der Ionenfalle. In der Mitte ist ein kleiner lila Punkt zu sehen – das ist das Atom.
Der erste Blick auf ein Atom: Das Strontium-Atom ist der kleine, lila erscheinende Punkt in der Mitte. Foto: David Nadlinger/University of Oxford/EPSRC

Fotos von Atomen sind meist viel aufwendiger

Normalerweise sind Atome sowohl für das bloße Auge als auch für die Lichtmikrosokopie unsichtbar: Bilder von Molekülstrukturen stammen aus Rasterelektronenmikroskopen, die eine Oberfläche innerhalb einer Vakuumkammer mit einem Elektronenstrahl abtasten. Für reguläre Lichtmikroskopie sind derartige Objekte normalerweise zu klein: Sie verschwinden einfach zwischen dessen Wellen.

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Entsprechend sind Mikroskope für groß angelegte physikalische Experimente so konstruiert, dass sie extrem kleine Frequenzbereiche verwenden, etwa Röntgenlaserstrahlen. Diese sind, wie etwa der European XFEL am Deutschen Elektronensynchrotron in Hamburg, allerdings riesengroß und extrem teuer. Für Nadlingers Bild reichte ein einfacher Laborlaser – und brachte das Atom durch Anregung zum Schimmern.

Kleinere Bausteine, größere Herausforderung

Je kleiner der Baustein der Materie, desto schwieriger wird es, ihn für das menschliche Auge adäquat sichtbar zu machen. Einzelne Zellen lassen sich in regulären Lichtmikroskopen betrachten – und in einigen Ausnahmefällen sind Einzeller sogar mit bloßem Auge sichtbar: Einzelne Bakterienspezies im Meer sind ebenso mit bloßem Auge sichtbar, wie die Meerespflanze Caulerpa, die trotz einer Länge von bis zu einem Meter aus nur einer Zelle besteht. Sie hat allerdings mehrere Zellkerne. Die Makrofotografie von einzelnen Atomen ist allerdings ein absolutes Novum.

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