Když na sklonku 19. století bratři Lumièrové představili světu svůj kinematograf, málokdo si asi tehdy uvědomil, jak moc to poznamená celou naši kulturu. Jejich vynález lidstvu umožnil zaznamenávat a posléze přehrávat průběh vybraných událostí.
Doba pokročila, dnes považujeme film a televizi za samozřejmost. Nyní se ale díky výzkumníkům z Kalifornského technologického institutu (Caltech) schyluje k podobné revoluci.
Vědci totiž vyvinuli čtyřdimenzionální mikroskop, který umožňuje pořídit záznam průběhu atomárních a molekulárních dějů nikoli jen v jedné vrstvě, jako u klasických mikroskopů, ale ve všech třech prostorových dimenzích a navíc i v čase.
Filmování atomů a molekul
Přestože na poli mikroskopie dochází v posledních desetiletích k bouřlivému vývoji (elektronový mikroskop, mikroskopy AFM a STM), je to vůbec poprvé, kdy se vědcům do rukou dostává nástroj, který umí zachytit pomíjivé změny v základních strukturách hmoty nejen v reálném čase, ale i prostoru.
Novou technologii, nazvanou 4D elektronová mikroskopie, vypracoval tým Ahmeda Zewaila, který již předtím vyvinul metodu zobrazování chemických procesů pomocí ultrakrátkých laserových pulzů. Tu využil při pozorování chemických reakcí, při nichž se atomy spojují v molekuly, které se následně opět rozpadají na jednotlivé atomy.
Tyto děje probíhají neuvěřitelně rychle, a sice v řádu několika femtosekund (tedy biliardtin sekundy). Za svou průkopnickou práci byl Zewail v roce 1999 po zásluze odměněn Nobelovou cenou za chemii.
Dimenze prostoru
Obrazy molekul v pohybu „nám poskytly časový rozměr, ale chyběly nám prostorové dimenze, struktura,“ říká Zewail. „Mým snem od roku 1999 bylo objevit způsob, jak tyto děje pozorovat nejen v čase, ale též v prostoru, vidět architekturu komplexních systémů v atomárním měřítku, to, jak se mění v čase, ať už u fyzikálních či biologických látek.“
V současnosti se k pozorování procesů na molekulární a atomární úrovni nejčastěji používají elektronové mikroskopy, jenže ty jsou schopny zachytit jen statické struktury, nemohou postihnout chování zkoumaných objektů v čase a prostoru zároveň.
Sledování jednotlivých elektronů
Zewailovu týmu se podařilo přesně sledovat dráhu každého elektronu, který elektronový mikroskop vysílá. Jen díky tomu se mohli vědci do elektronové mikroskopie zavést časový rozměr. Nově vyvinutou metodu pojmenovali „ultrarychlé zobrazování jednotlivých elektronů“.
Výsledný obraz, vytvořený každým elektronem, si zjednodušeně můžeme představit jako femtosekundovou fotografii daného časového okamžiku. Pořízené snímky je pak možné časově uspořádat podobně jako u klasického filmu, získané „fotografie“ vlastně tvoří dílčí filmová okénka, jejichž přehráním vzniká digitální film, který ukazuje, co se s pozorovaným objektem děje na atomární úrovni.
Zdroj: www.caltech.edu
