Les questions de savoir si vous pouvez detect la lumière émise par un atome (isolé) et si vous pouvez resolve un atome de ses voisins sont complètement indépendantes.

L'espacement entre différents atomes dans un matériau régulier reste impossible à résoudre en utilisant la lumière visible, dont la longueur d'onde est plusieurs milliers de fois plus grande. Vous pouvez "voir" des atomes individuels en utilisant d'autres techniques de microscopie (voir par exemple ce court métrage pour un bel exemple), mais ceux-ci utilisent une instrumentation et un post-traitement plutôt élaborés, et ils ne reflètent pas ce que est visible à l'œil nu humain.

L'image que vous citez, cependant, ne représente pas un atome parmi tant d'autres dans un matériau. Au lieu de cela, il s'agit en réalité d'un seul atome isolé, maintenu dans le vide par un ensemble de "pinces" électriques appelées piège à ions (lui-même produit par les électrodes métalliques qui entourent l'atome, qui seront un couple de centimètres de diamètre), et qui émet de la lumière via fluorescence (c'est-à-dire qu'il est excité par un laser et réémet cette lumière). La taille de l'atome telle qu'elle apparaît sur l'image n'a rien à voir avec sa taille réelle: en ce qui concerne la caméra, l'atome est une source ponctuelle, et la propagation non nulle dans l'image est causée par la résolution finie du caméra.

Ainsi, en supposant que l'atome piégé est suffisamment brillant, il pourrait en principe être vu à l'œil nu, auquel cas il ressemblerait beaucoup à une étoile par une nuit claire et immobile (qui sont également des sources ponctuelles aussi loin que nos yeux sont inquiets, bien que leur apparence soit ensuite modifiée par scintillement). Si les configurations expérimentales en usage réel suffisent à produire des atomes suffisamment brillants pour être visibles à l'œil nu est une bonne question; Je crois comprendre que ce n'est pas tout à fait possible, mais qu'avec un fond complètement sombre, ce n'est pas si loin de la portée.

Cela signifie qu'un humain ne pourrait pas voir simultanément l'atome lui-même et les électrodes du piège, car vous avez besoin d'un arrière-plan complètement sombre pour commencer à avoir une chance de voir l'atome. En ce qui concerne l'appareil photo, l'auteur a précisé dans un commentaire qu'il s'agit d'une seule exposition de trente secondes, avec les électrodes éclairées par un flash de l'appareil photo à mi-parcours de l'exposition.

Enfin, pour répondre à votre question élargie,

Si cet atome unique y est retenu par un champ, pourquoi les atomes de ce même champ ne sont-ils pas visibles?

la réponse est que le champ qui le retient n'est pas du tout fait d'atomes. L'atome de l'image est maintenu en place par des forces électrostatiques, qui sont les mêmes forces que vous utilisez pour tirer des morceaux de papier avec un ballon que vous avez frotté contre vos cheveux. On dit que les forces électrostatiques, comme les forces magnétiques et la gravité, forment un champ, mais c'est un champ de force qui est composé uniquement de force et pas d'atomes. L'effet ici est analogue à la lévitation magnétique, sauf que vous utilisez des champs électriques (soigneusement conçus, produits par les électrodes métalliques qui entourent l'atome sur l'image) au lieu d'aimants.

Pour être honnête, ceci est en fait expliqué dans votre lien.Pour faire simple,

Si vous l'illuminez avec la bonne lumière, il commence à briller si fort qu'un bon appareil photo peut le détecter.

Pour que cela fonctionne, l'atome doit être aussi immobile que possible.Ceci est réalisé en le "gelant" et en utilisant des aimants pour le maintenir immobile.

Gros plan pour être complet:

Bien que la physique ait déjà été abordée dans d'autres réponses, laissez-moi vous donner une idée sur la façon d'expliquer la différence entre la détection et la résolution à un enfant de 4 ans:

Essayez une analogie. Quelque chose que vous ne pouvez pas résoudre individuellement mais que vous voyez assez facilement. La première chose qui me vient à l'esprit, ce sont les lumières à distance. Un tas de LED à distance pourrait le faire, votre ordinateur / écran de télévision, l'un de ces grands écrans que vous pouvez trouver sur les bâtiments, les fenêtres éclairées (ou sombres) d'une maison lointaine, des lettres sur un morceau de papier et probablement un beaucoup de choses auxquelles je ne peux pas penser maintenant.

Le principe reste le même: choisissez les bonnes conditions d'éclairage et la bonne distance et il est facile de voir si un seul "pixel" est allumé ou non. Mais pouvez-vous faire la distinction entre un pixel ou deux? Pouvez-vous compter les pixels si tous sont allumés (un écran d'ordinateur est probablement parfait pour celui-ci)? Pouvez-vous dire où se termine un pixel et où commence un autre?

D'accord, l'analogie n'explique pas les limites de résolution, mais je pense qu'avec un enfant de 4 ans, on peut avoir une assez bonne idée de la différence entre détection et résolution, et pour "si je regarde de plus près, je vois plus de détails - mais peut-être que je ne peux pas regarder assez près sans beaucoup d'efforts ".

Quand je viens d'expliquer à mes 8 ans ce que sont les atomes (il s'est avéré qu'elle le savait déjà, on leur a appris cette petite pépite d'information à l'école ces jours-ci avant cet âge, de toute façon), j'ai juste adopté la bonne vieille approche grecque - imaginez prendre un morceau de gâteau, le diviser en deux etc. etc. J'ai trouvé qu'un 8yo est capable de comprendre le concept qu'à un moment donné, on ne peut plus diviser "des choses". Je me suis arrêté là car a) elle n'a pas encore besoin de connaître les protons, les électrons ou même les quarks et b) l'image des vieux philosophes est toujours vraie. Diviser la matière au niveau macro (atomes) de cette façon jusqu'à ce que vous atteigniez le niveau atomique (ou moléculaire) est fondamentalement différent de ce qui se passe et de diviser davantage les atomes en leurs constituants.

Pour un 4ans, il faut beaucoup simplifier cela. Utilisez simplement l'échelle. Montrez-leur un petit grain de sable que vous pouvez à peine voir avec les yeux. Ensuite, mettez ce grain de sable sur une table et partez avec votre enfant. Faites remarquer qu'elle ne peut plus le voir maintenant. Cela devrait lui donner une idée de l'importance de la proximité de l'objet.

Si vous avez une loupe dans votre maison, vous pouvez montrer à quel point le grain de sable a l'air si on le regarde à travers.

Pour le reste, c'est une simple analogie: "Maintenant, les atomes sont comme ça, mais beaucoup beaucoup plus petits. Et dans le passé, quand je vous disais que nous ne pouvons pas les voir, il n'y avait pas de loupes autour desquelles étaient bonnes assez. Mais récemment, ils en ont inventé qui peuvent! " Ou si cela ressemble à un mensonge (je ne sais pas s'il y a eu des avancées dans ce domaine au cours des 1 à 2 dernières années depuis que vous l'avez dit à votre enfant ...), dites quelque chose comme "Bien sûr, ces gars ont des loupes qui sont aussi grands qu'une pièce, ils peuvent voir les atomes, mais nous ne le pouvons pas ici. "

Vous et moi savons tous les deux qu'il s'agit d'une simplification excessive, mais nous parlons de la vision du monde d'un enfant de 4 ans.Elle n'a pas encore besoin d'une compréhension complète des effets quantiques, des photons interagissant avec les atomes et autres.Ce qui précède lui donnera les concepts, n'est pas totalement faux et peut être abordé plus en détail beaucoup plus tard.

Oh, et de toute évidence, il y a beaucoup d'humains qui sont adolescents ou même adultes et qui n'ont pas la moindre chance de comprendre les «vraies» explications plus qu'un enfant de 4 ans ne le ferait.Pour ceux-ci, des explications similaires peuvent également fonctionner correctement.

Dans une expérience humaine typique, les atomes ne sont pas seuls. Même l'atmosphère contient d'énormes quantités d'atomes dans un petit volume. Lorsque vous faites briller une lumière suffisamment brillante pour voir un volume d'air (ou un objet solide), la lumière est réfléchie par de grandes quantités d'atomes en même temps. Les yeux humains ne peuvent pas distinguer la lumière des atomes individuels, ils se mélangent. Lorsque vous regardez un téléviseur de près, vous pouvez voir des pixels individuels (ou même des sous-pixels) - lorsque vous regardez de plus loin, vous voyez toujours tous les pixels, mais vous ne pouvez pas les distinguer facilement les uns des autres.

Imaginez maintenant que sur les millions de pixels sur l'écran du téléviseur, tous sont noirs à l'exception d'un. Même si les pixels individuels sont "trop ​​petits pour voir" (à distinguer des autres pixels à proximité) normalement, un pixel se détache clairement sur le fond noir. Et c'est essentiellement ce que ces gars ont fait avec les atomes - garder un seul atome loin des autres atomes et faire briller une lumière. L'atome est encore beaucoup "trop ​​petit pour être vu", mais il apparaît comme un point flou ( beaucoup plus grand que l'atome lui-même) car il y a peu de bruit autour de lui. Et tout comme avec les pixels du téléviseur, si vous rapprochez deux atomes, vous ne verrez aucune différence - cela ressemblerait toujours à un seul atome. En fait, vous auriez besoin de très grandes quantités d'atomes ensemble pour montrer clairement que vous ne regardez plus "l'atome unique visible".

En d'autres termes, "trop petit pour voir" ne signifie pas littéralement trop petit pour voir.Lorsque vous regardez la lumière réfléchie par n'importe quel objet, vous «voyez» des atomes, des molécules et même des électrons individuels (autant que vous puissiez parler de l'identité d'un électron de toute façon - pensez plus à «un électron dans une orbitale particulière»,pas «l'électron nommé Bob»; les électrons n'ont pas vraiment d'identité).Le sens littéral de l'énoncé est «trop petit et trop rapproché pour être distingué les uns des autres».Si vous regardez depuis un avion la nuit, vous pouvez clairement voir les villes illuminées sans pouvoir résoudre les lampadaires individuels - même si tout cet éclairage provient de ces sources de lumière.

Vous ne pouvez pas voir une ampoule à des centaines de mètres de vous, même en plein jour.Cependant, la nuit, lorsqu'il est activé, vous le pouvez. Nous ne voyons pas l'atome unique, nous la lumière émise par l'atome.

Procurez-lui une loupe et peut-être même un microscope pour enfant.Il ne pourra toujours pas voir les atomes, mais il aura l'idée qu'il y a des choses qui sont trop petites pour être vues à l'œil, mais que vous pouvez toujours voir avec le bon grossissement.Ensuite, tout ce que vous avez à dire, c'est que ces gars-là ont "de très bons microscopes vraiment chers".