Atomo visto desde un microscopio

Atomo visto desde un microscopio

Átomos

Las imágenes de Muller son las últimas de una serie de avances tecnológicos que están provocando una revolución en lo que los investigadores pueden investigar con los microscopios electrónicos de transmisión (TEM), dispositivos de la altura de una habitación que envían haces de electrones a través de las muestras para explorar estructuras de un tamaño inferior al del átomo. Estas máquinas prometen ofrecer a los científicos la posibilidad de ver detalles que antes estaban fuera de su alcance, desde la estructura de los frágiles materiales electrónicos de nueva generación hasta las entrañas de las sustancias porosas que pueden separar los gases. Las nuevas capacidades también permiten a los investigadores explorar propiedades invisibles de los materiales como nunca antes, incluidos los campos eléctricos y magnéticos, así como las vibraciones difíciles de detectar en el interior de los cristales. Y algunos investigadores están convirtiendo los interiores llenos de vacío de los microscopios electrónicos en diminutos laboratorios, para poder estudiar cómo se comportan las muestras cuando se exponen a líquidos y gases o a distintas temperaturas.

El átomo bajo el microscopio electrónico

Suponga que intenta utilizar el microscopio óptico más potente del mundo para ver un átomo. ¿Qué ocurriría? Probablemente reflejarías la luz de los átomos en tu microscopio. La luz tiene propiedades ondulatorias, así que imagina ondas de luz brillando sobre un átomo. La longitud de onda de la luz visible es unas diez mil veces la longitud de un átomo típico.

Para ayudarte a pensar en esto, vamos a pensar en las olas de agua que llegan a una playa. Si te quedas en el agua, las olas pasan junto a ti sin afectarte. Apenas se refleja la energía de las olas. Esto se debe a que el tamaño de tu cuerpo es mucho menor que la longitud de onda de las olas. Las olas pasan como si no estuvieras allí, por lo que la reflexión de las olas del agua no revelará la presencia de una persona en el agua.

La longitud de onda de la luz visible es de unos 10-6 m (lo mismo que 103 nm), como se muestra en el dibujo . El tamaño de un átomo típico es de aproximadamente 10-10 m, que es 10.000 veces menor que la longitud de onda de la luz. Como un átomo es mucho más pequeño que la longitud de onda de la luz visible, es demasiado pequeño para cambiar la forma en que se refleja la luz, por lo que observar un átomo con un microscopio óptico no funcionará.

Átomo

Un grupo de físicos se ha acercado aún más al límite máximo de lo que los científicos creen que se pueden ampliar los objetos. Este grupo ya ostentaba el récord mundial de la mayor resolución alcanzada con un microscopio. Su último trabajo, publicado en Science, reduce aún más ese récord.

No se consigue una resolución tan alta con el tipo de microscopio que se utilizaba en la escuela. Esos microscopios -como los que utilizó Robert Hooke hace más de 300 años para vislumbrar un mundo oculto de células- ven la luz. Eso significa que son incapaces de ver nada más pequeño que la longitud de onda de esa luz. Es un límite duro que es mil veces mayor para pensar en ver átomos.

Los científicos ya se encontraron con ese obstáculo a principios del siglo XX. Si se quiere ir más allá -para entrar en el mundo de los virus, por ejemplo, para desarrollar una vacuna contra la poliomielitis- habrá que ver con un medio que tenga una longitud de onda más corta que la de la luz.

Se puede recurrir a los electrones, las diminutas partículas cargadas que orbitan alrededor del núcleo del átomo. En la década de 1930, científicos como Ernst Ruska comenzaron a construir los primeros microscopios electrónicos, que pueden revelar objetos minúsculos con gran detalle al sondearlos con haces de electrones.

Electrones bajo el microscopio

¿Cómo se ve el mundo que es demasiado pequeño para verlo? Cuando «vemos» utilizamos nuestros ojos y vemos porque la luz se refleja en la cosa que estamos viendo. Si apagamos las luces, nos cuesta ver. Para ver cosas demasiado pequeñas que no podemos ver sólo con nuestros ojos, utilizamos un microscopio.

La luz del objeto que queremos ver se amplía con lentes en un microscopio y vemos una imagen virtual de ese objeto diminuto. Lo más pequeño que podemos ver con un microscopio «de luz» es de unos 500 nanómetros. Un nanómetro es la milmillonésima parte (es decir, la milésima parte) de un metro. Por tanto, lo más pequeño que se puede ver con un microscopio de luz es unas 200 veces más pequeño que la anchura de un cabello. Las bacterias tienen un tamaño de unos 1000 nanómetros. La razón por la que no podemos ver nada más pequeño es porque estos microscopios utilizan luz. No pensamos que la luz tenga un tamaño, pero la luz visible tiene entre 500 y 800 nanómetros. Para ver algo más pequeño necesitamos un microscopio más potente.

Los microscopios electrónicos «ven» las cosas utilizando electrones en lugar de luz. Los electrones son mucho más pequeños que la longitud de onda de la luz visible, por lo que se pueden ver cosas mucho más pequeñas con estos microscopios electrónicos. Las imágenes que se obtienen con un microscopio electrónico son en blanco y negro porque necesitamos la luz visible para tener colores. A veces vemos imágenes de microscopios electrónicos que tienen colores. Esos colores son añadidos por los científicos, como Dennis Kunkel, para ayudar a señalar cosas importantes o, a veces, porque simplemente se ven bien.