Los rayos láser se pueden utilizar para medir con precisión la posición o la velocidad de un objeto. Sin embargo, normalmente, se requiere una vista clara y sin obstrucciones de este objeto, y este requisito previo no siempre se cumple. En biomedicina, por ejemplo, las estructuras se examinan,que están incrustados en un entorno irregular y complicado. Allí, el rayo láser se desvía, dispersa y refracta, lo que a menudo hace imposible obtener datos útiles de la medición.
Sin embargo, la Universidad de Utrecht Países Bajos y TU Wien Viena, Austria ahora han podido demostrar que se pueden obtener resultados significativos incluso en entornos tan complicados. De hecho, hay una manera de modificar específicamente el rayo láser para queentrega exactamente la información deseada en un entorno complejo y desordenado, y no solo de manera aproximada, sino de una manera físicamente óptima: la naturaleza no permite una mayor precisión con luz láser coherente. La nueva tecnología se puede utilizar en campos de aplicación muy diferentes,incluso con diferentes tipos de ondas, y ahora se ha presentado en la revista científica "Física de la naturaleza" .
La aspiradora y la ventana del baño
"Siempre desea lograr la mejor precisión de medición posible; ese es un elemento central de todas las ciencias naturales", dice Stefan Rotter de TU Wien. "Pensemos, por ejemplo, en la enorme instalación de LIGO, que se está utilizando paraDetecta ondas gravitacionales: allí, envías rayos láser a un espejo y los cambios en la distancia entre el láser y el espejo se miden con extrema precisión ". Esto solo funciona tan bien porque el rayo láser se envía a través de un vacío ultra alto.Cualquier perturbación, por pequeña que sea, debe evitarse.
Pero, ¿qué puede hacer cuando se trata de alteraciones que no se pueden eliminar? "Imaginemos un panel de vidrio que no sea perfectamente transparente, sino áspero y sin pulir como la ventana de un baño", dice Allard Mosk de la Universidad de Utrecht.atravesar, pero no en línea recta. Las ondas de luz se alteran y dispersan, por lo que no podemos ver con precisión un objeto al otro lado de la ventana a simple vista ". La situación es bastante similar cuando se desea examinarObjetos diminutos dentro del tejido biológico: el entorno desordenado perturba el rayo de luz. El rayo láser recto simple y regular se convierte en un patrón de onda complicado que se desvía en todas direcciones.
La ola óptima
Sin embargo, si sabe exactamente qué le está haciendo el entorno perturbador al haz de luz, puede revertir la situación: entonces es posible crear un patrón de onda complicado en lugar del simple rayo láser recto, que se transforma exactamente en elforma deseada debido a las perturbaciones y golpes justo donde puede ofrecer el mejor resultado. "Para lograr esto, ni siquiera es necesario saber exactamente cuáles son las perturbaciones", explica Dorian Bouchet, el primer autor del estudio.suficiente para enviar primero un conjunto de ondas de prueba a través del sistema para estudiar cómo las cambia el sistema ".
Los científicos involucrados en este trabajo desarrollaron conjuntamente un procedimiento matemático que luego se puede usar para calcular la onda óptima a partir de estos datos de prueba: "Puede demostrar que para varias mediciones hay ciertas ondas que entregan un máximo de información como, por ejemplo,en las coordenadas espaciales en las que se encuentra un determinado objeto. "
Tomemos, por ejemplo, un objeto que está oculto detrás de un cristal turbio: hay una onda de luz óptima que se puede utilizar para obtener la máxima cantidad de información sobre si el objeto se ha movido un poco hacia la derecha o un poco hacia la derecha.izquierda. Esta onda parece complicada y desordenada, pero luego es modificada por el panel turbio de tal manera que llega al objeto exactamente de la manera deseada y devuelve la mayor cantidad posible de información al aparato de medición experimental.
Experimentos con láser en Utrecht
El hecho de que el método realmente funcione se confirmó experimentalmente en la Universidad de Utrecht: los rayos láser se dirigieron a través de un medio desordenado en forma de placa turbia. De este modo se caracterizó el comportamiento de dispersión del medio, luego se calcularon las ondas óptimas en ordenpara analizar un objeto más allá de la placa, y esto tuvo éxito, con una precisión en el rango de nanómetros.
Luego, el equipo llevó a cabo más mediciones para probar los límites de su nuevo método: la cantidad de fotones en el rayo láser se redujo significativamente para ver si uno todavía obtiene un resultado significativo. De esta manera, pudieron demostrar queel método no solo funciona, sino que incluso es óptimo en un sentido físico: "Vemos que la precisión de nuestro método sólo está limitada por el llamado ruido cuántico", explica Allard Mosk. "Este ruido resulta del hecho de que la luz consistede fotones, no se puede hacer nada al respecto. Pero dentro de los límites de lo que la física cuántica nos permite hacer para un rayo láser coherente, podemos calcular las ondas óptimas para medir diferentes cosas. No solo la posición, sino también el movimientoo la dirección de rotación de los objetos. "
Estos resultados se obtuvieron en el contexto de un programa de imágenes a escala nanométrica de estructuras de semiconductores, en el que las universidades colaboran con la industria. De hecho, las posibles áreas de aplicación de esta nueva tecnología incluyen la microbiología, pero también la producción de chips de computadora, dondelas mediciones precisas son indispensables.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Viena . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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