Primero, hay que precisar una cosa: en este y en otro experimento similar, solo se crea una imagen de un átomo. En el presente caso, las personas en Otago no afirman ser capaces de distinguir entre un átomo y sus vecinos. De hecho, esto es posible pero no en este tipo de experimento.
Con esto en mente, tomar una fotografía de un solo átomo se puede dividir en cuatro tareas:
1. atrapar (unos pocos) átomos en una región espacial bien definida
2. eliminar todos los átomos menos uno
3. toma una foto
4. probar que el número de átomos en la imagen es exactamente 1
Las partes relevantes para la pregunta son las tareas número 3 y 4.
La tarea 3 se lleva a cabo utilizando fluorescencia: uno envía un rayo láser con la longitud de onda correcta en el átomo, el átomo absorbe la luz del rayo y la vuelve a emitir. Esto millones de veces por segundo. Recolectar la luz emitida por los átomos en un corto intervalo de tiempo (unos pocos fotones) en un tipo especial de cámara CCD da una señal medible S, supongamos por simplicidad que es exactamente el número de fotones N más un fondo B, es decir S = N + B. Dado que la absorción y la remisión son procesos estadísticos, si repite el experimento muchas veces obtendrá un N diferente cada vez, digamos N0 en promedio.
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Aquí llegamos a la tarea 4. Si repite el experimento muchas veces sin poner los átomos dentro, obtendrá simplemente S = B y esto le permite determinar el fondo promedio, digamos = B0 + – b. Si ahora haces lo mismo poniendo n átomos, obtendrás nN fotones cada vez, de modo que, después de repetir el experimento (muchas) veces, terminarás con un histograma con varios picos centrados alrededor de N0 + B0, 2N0 + B0, 3N0 + B0 … Si el ancho del primer pico (que se debe a la estadística de fluorescencia, pero también al ruido técnico) es suficientemente estrecho y N0 es mucho más grande que b, demuestras que cuando obtienes una señal de aproximadamente N0 + B0 solo tiene un átomo atrapado. Utiliza aquí el hecho de que, si diseñas bien tu experimento, puedes distinguir la caja de un solo átomo de la caja sin átomo (por ejemplo, no puedes tener medio átomo) y, con suerte, de la caja de dos átomos (el documento de Otago dice que ya no pueden determinar con precisión el número de átomos por encima de 5, porque el pico en 5N0 + B0 comienza a superponerse con el de 6N0 + B0).
