Los investigadores han desarrollado un nuevo dispositivo que puede medir y controlar una nanopartícula atrapada en un rayo láser con una sensibilidad sin precedentes. La nueva tecnología podría ayudar a los científicos a estudiar el movimiento de una partícula macroscópica con resolución subatómica, una escala regida por las reglas de la mecánica cuántica en lugar defísica clásica.
Los investigadores de la Universidad de Viena en Austria y la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos informan sobre su nuevo dispositivo en Óptica , la revista de la Optical Society para investigaciones de alto impacto. Aunque el enfoque se ha utilizado con átomos atrapados, el equipo es el primero en usarlo para medir con precisión el movimiento de una nanopartícula atrapada ópticamente formada por miles de millones de átomos.
"A largo plazo, este tipo de dispositivo podría ayudarnos a comprender los materiales a nanoescala y sus interacciones con el medio ambiente en un nivel fundamental", dijo el líder del equipo de investigación Markus Aspelmeyer de la Universidad de Viena. "Esto podría conducir a nuevas formas deadaptando materiales mediante la explotación de sus características a nanoescala.
"Estamos trabajando para mejorar el dispositivo para aumentar nuestra sensibilidad actual en cuatro órdenes de magnitud", continuó Aspelmeyer. "Esto nos permitiría usar la interacción de la cavidad con la partícula para sondear o incluso controlar el estado cuántico de lapartícula, que es nuestro objetivo final ".
Haciendo pequeñas medidas
El nuevo método utiliza un dispositivo a nanoescala de guía de luz llamado cavidad de cristal fotónico para monitorear la posición de una nanopartícula que levita en una trampa óptica tradicional. La trampa óptica usa un rayo láser enfocado para ejercer una fuerza sobre un objeto y mantenerlo en su lugarLa técnica fue reconocida por la concesión del Premio Nobel de Física 2018 al pionero Arthur Ashkin.
"Sabemos que las leyes de la física cuántica se aplican en la escala de átomos y la escala de moléculas, pero no sabemos qué tan grande puede ser un objeto y aún exhibir fenómenos de física cuántica", dijo Aspelmeyer.nanopartícula y acoplándola a una cavidad de cristal fotónico, podemos aislar un objeto que es más grande que los átomos o moléculas y estudiar sus comportamientos cuánticos ".
El nuevo dispositivo logra un alto nivel de sensibilidad mediante el uso de una cavidad de cristal fotónico larga que es más estrecha que la longitud de onda de la luz. Esto significa que cuando la luz entra y viaja por la cavidad a nanoescala, parte de ella se filtra y forma lo que esllamado campo evanescente. El campo evanescente cambia cuando un objeto se coloca cerca del cristal fotónico, que a su vez cambia la forma en que la luz se propaga a través del cristal fotónico de una manera mensurable.
"Al examinar cómo cambia la luz en el cristal fotónico en respuesta a la nanopartícula, podemos deducir la posición de la nanopartícula a lo largo del tiempo con una resolución muy alta", dijo Lorenzo Magrini, primer autor del artículo.
Recolectando cada fotón
El nuevo dispositivo detecta casi todos los fotones que interactúan con la nanopartícula atrapada. Esto no solo lo ayuda a lograr una sensibilidad extremadamente alta, sino que también significa que el nuevo enfoque utiliza mucha menos potencia óptica en comparación con otros métodos en los que se pierde la mayoría de los fotones.
En condiciones de vacío, los investigadores demostraron, para cada fotón detectado, una sensibilidad dos órdenes de magnitud mayor que los métodos convencionales para medir el desplazamiento de nanopartículas en una trampa óptica. También informan que la fuerza de la interacción entre la partícula y el campo evanescente dela cavidad era tres órdenes de magnitud más alta que lo que se informó anteriormente. Una interacción más fuerte significa que la cavidad fotónica puede detectar más información sobre el movimiento de la partícula.
Al igual que en otros grupos de investigación en todo el mundo, los investigadores están trabajando para lograr mediciones cuánticas. Ahora están mejorando su configuración y trabajando para aumentar sustancialmente la sensibilidad del dispositivo. Esto permitiría que las mediciones se realicen en condiciones de vacío más fuertes que aumentan unEl aislamiento de la partícula del medio ambiente. Además de estudiar la mecánica cuántica, el nuevo dispositivo podría usarse para medir con precisión la aceleración y otras fuerzas que puedan surgir en escalas de longitud microscópicas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por La sociedad óptica . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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