Gutten og atomet

Da vi fikk øye på atomet åpnet en ny og ukjent verden seg. En verden der atomet kan hoppe, tegne tegninger og lage filmer.

av Jonas Adolfsen4483215956_65cfcbb8c2_o

Det tok oss over to tusen år å se atomet, men bare 30 år å flytte på det. Det åpnet en dør til et univers vi kjenner svært lite til. Men hva er det som gjør at vi kan se atomene? Og hva bruker vi dette til? Fantasien kjenner som sagt ingen grenser, og for et år tilbake ble verdens bokstavelig talt minste film laget.

Se, men ikke røre

Datagiganten IBM jobber blant annet med datalagring og forsker på hvordan man kan lage harddisken mindre. Men for at dette skal la seg gjøre, trenger vi maskiner som lar oss se atomet. Nanoskopet Scanning Tunneling Microscope (STM) er en slik maskin. Den kan nemlig «se» atomet og tilbyr oss et unikt innsyn i en ellers så trøtt verden.

Men maskinen har også en annen uvanlig funksjon. Den kan flytte på atomet. Med litt kreativitet og hjelp fra noen atomer, ble verdens minste film til.

 

Det tok oss over to tusen år å se atomet,

men bare 30 år å flytte på det.

Appelsinene triller over skjermen

Se for deg at vi forstørrer atomet til det blir på størrelse med en appelsin. Om vi så forstørrer appelsinen like mye, vil den bli på størrelse med hele jordkloden. Atomer er altså svært små. Allikevel ble kulissene forstørret hele 100 millioner ganger, og kombinert med såkalt stop-motion teknikk, ble hundrevis av bilder satt sammen til én enkel film. Alt dette så vi alle kan se atomer så store som appelsiner trille over dataskjermen vår. Tenk om vi alle en dag kan sitte i vår egen stue og se atomene fly rundt oss, hva ville du ha filmet? Filmen IBM laget handler om en liten gutt som får atomet til venn. Han leker med det og spretter det frem og tilbake. Det er kanskje ikke den mest spennende handlingen, men filmen forteller oss så mye mer enn det. Den viser oss hva vi faktisk er i stand til. Akkurat som gutten leker vi med atomet, flytter på det og filmer det. La oss ta et dykk ned i den mikroskopiske delen av den mikroskopiske verden og gi oss et aldri så lite innblikk på hva som gjorde atomet til vår venn.

Atomet belyser

Et vanlig lysmikroskop kan ikke se mer enn hva våre øyne tillater. Det betyr at de minste detaljene lysmikroskopet kan fange opp bestemmes av de minste detaljene øynene våre kan fange opp. Om to lysende punkter settes tett nok inntil hverandre vil vi til slutt ikke klare å skille mellom dem og vi ser bare én lysende prikk. To atomer er som to lysende prikker som sitter helt inntil hverandre. De er så ufattelig små og sitter så formidabelt tett inntil hverandre at vi ikke klarer å skille mellom dem. Vi kan derfor heller ikke se dem med et lysmikroskop, de er usynlige. Fordi nanoskopet kan «se» atomer er dette et ypperlig verktøy og vi kan nå hive ut det gamle lysmikroskopet. Nanoskopet er kommet for å bli.

Elektronene fungerer altså som fargestiften i blyanten din

og tegner bildet av overflaten.

To steder samtidig

Har du hørt uttrykket som forteller deg det er umulig å være to steder på én gang? Det stemmer ikke helt. Elektroner er små elektriske partikler som flyr rundt atomet, litt som månen flyr rundt jorda, men de kan faktisk være overalt i rommet, helt samtidig. Det kan være vanskelige å få grepet om dette, og selve beskrivelsen av dem er svært abstrakt. Elektroner oppfører seg som en bølge som fyller rommet rundt seg. Denne bølgen er bare en fordeling over sannsynligheten for at elektronet er på et bestemt punkt. Det er større sjanse for at elektronet flyr rundt noen steder enn andre. Det underliggende konseptet betyr altså dette: så lenge sannsynligheten er stor nok, kan de i bunn og grunn dukke opp overalt, og med litt finurlighet kan vi også styre dem.

Et vanlig lysmikroskop kan ikke se

mer enn hva våre øyne tillater.

Elektronene er de nye øynene dine

Hovedsakelig består nanoskopet av en sonde med en metallspiss helt ute på tuppen, litt som blyanten din. Den skanner frem og tilbake og ser på overflaten, men i stedet for lys, som vi bruker i lysmikroskopet, skyter vi ut elektroner for å «se». Elektronene fungerer altså som fargestiften i blyanten din og tegner bildet av overflaten. Metallspissen er riktignok aldri nær overflaten, men holder den seg nærme nok er sannsynligheten for at elektronene hopper frem og tilbake mellom dem svært stor, og vi kan dermed tegne kartet.

Vi seiler på de sju hav

Enn så lenge har elektronet lært oss å tegne og man kan spørre en selv om hvorvidt det hjelper å være to steder til samme tid. Det hadde unektelig vært kult å kunne dukke opp et annet sted ved å knipse to fingre sammen, men uansett hva elektronet skulle finne på til neste gang er det uten tvil en spennende verden der nede. Tar du ubåten ned til havets dyp vil du se lite som ligner på verden rundt deg ellers. Enorme avstander og bunnløse fall, rare fisker og rett og slett ingen oversikt. En helt egen verden, altså. Å se ned på atomer og elektroner er litt av det samme. Det er en ny verden og det er ikke alltid godt å si hva som er opp og ned, men holder vi tunga rett i munn er det mye spennende som venter på oss.

2014-00-argument-byline-logo-small Jonas Adolfsen (f. 1988) tar mastergrad i materialer, energi og nanoteknologi ved Universitetet i Oslo. Når han ikke studerer, liker han veldig godt å fotografere og stå på slalåm.