Физики использовали микроскопию на основе истощенного основного состояния, чтобы измерить характерный размер волновой функции иона, пойманного в ловушку. Для этого они анализировали осцилляции, которые появляются в пространственном распределении флуоресценции и содержат информацию о состоянии иона.

Исследование опубликовано в Physical Review Letters.

Принцип работы обычного оптического микроскопа основан на способности линз создавать увеличенное изображение изучаемых предметов, которые облучаются светом. Рост оптического увеличения микроскопов, однако, ограничен невозможностью фокусировки световых волн в пятно, существенно меньшего, чем длина волны света. Для преодоления этого предела учеными было предложено множество расширений оптической микроскопии, одним из которых стала микроскопия на основе подавления спонтанного излучения (STED-микроскопия).

В основе STED-микроскопии лежит идея о подавлении переизлучения с поверхности освещаемого образца всюду, кроме небольшой области с известной координатой. Это достигается путем облучения образца дополнительным лазерным лучом, чей поперечный профиль имеет форму кольца.

Такой луч обедняет населенность тех атомов или молекул, на которые приходит кольцевое излучение, не давая им излучать. В результате в микроскоп поступает флуоресценция лишь от небольшой субволновой области, определяемой центром кольцевого луча. Знание о положении этого центра позволяет провести статистическую обработку изображения, собираемого объективом микроскопа, и довести его разрешение до десятков и даже единиц нанометров.

Несмотря на существенное увеличение разрешающей способности STED-микроскопов, с их помощью все еще невозможно увидеть отдельные атомы и волновые функции их электронов. Однако, когда атомы захвачены в ловушки и сильно замедлены охлаждением, их движение квантуется и локализуется. В этом случае волновые функции самих атомов могут простираться на масштабах нескольких десятков нанометров и потому быть видимыми в STED-микроскоп.

Мартин Дрекслер (Martín Drechsler) из Университета Майнца с коллегами из Аргентины и Германии попытались применить этот принцип, чтобы измерить размер волновой функции иона ⁴⁰Ca⁺ пойманного в ловушку.