(PhysOrg.com) - Los físicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología han utilizado un pequeño cristal de iones (átomos cargados eléctricamente) para detectar fuerzas en la escala de yoctonewtons. Las mediciones de fuerzas leves (un yoctonewton equivale al peso de un solo átomo de cobre en la Tierra) pueden ser útiles en microscopía de fuerzas, ciencia a nanoescala, y pruebas de teorías físicas fundamentales.

Un newton ya es una unidad pequeña:aproximadamente la fuerza de la gravedad de la Tierra sobre una manzana pequeña. Un yoctonewton es una septillonésima parte de un newton (yocto significa 23 ceros después del lugar decimal, o 0.000000000000000000000001).

Las mediciones de fuerzas extremadamente pequeñas se realizan típicamente con diminutos osciladores mecánicos, que vibran como cuerdas de guitarra. El nuevo sensor NIST, descrito en Nanotecnología de la naturaleza , * es aún más exótico:un cristal plano de unos 60 iones de berilio atrapado dentro de una cámara de vacío por campos electromagnéticos y enfriado a 500 millonésimas de grado por encima del cero absoluto con un láser ultravioleta. El aparato fue desarrollado durante los últimos 15 años para experimentos relacionados con plasmas de iones y computación cuántica. En este caso, se utilizó para medir fuerzas a escala de yoctonewton a partir de un campo eléctrico aplicado. En particular, el experimento mostró que era posible medir alrededor de 390 yoctonewtons en solo un segundo de tiempo de medición, una velocidad rápida que indica la alta sensibilidad de la técnica. La sensibilidad es un activo para aplicaciones prácticas.

El récord de medición de fuerza anterior con este nivel de sensibilidad lo logró otro físico del NIST que midió las fuerzas 1, 000 veces más grande, o 500 zeptonewtons (0.0000000000000000005 newtons) en un segundo de tiempo de medición usando un oscilador mecánico. ** Investigaciones anteriores del NIST indicaron que un solo ión atrapado podía detectar fuerzas en escalas de yoctonewton pero no realizaba mediciones calibradas. ***

El sensor de iones descrito en Nanotecnología de la naturaleza funciona examinando cómo una fuerza aplicada afecta el movimiento de los iones, basado en cambios en la luz láser reflejada por los iones. Un pequeño campo eléctrico oscilante aplicado al cristal hace que los iones se muevan hacia adelante y hacia atrás; como la roca de los iones, la intensidad de la luz láser reflejada oscila en sincronía con el movimiento de los iones. Es detectable un cambio en la cantidad de luz láser reflejada debido a la fuerza, proporcionando una medida del movimiento inducido de los iones utilizando un principio similar al que funciona en la pistola de radar de un oficial de policía. La técnica es muy sensible debido a la baja masa de los iones, fuerte respuesta de partículas cargadas a campos eléctricos externos, y capacidad para detectar cambios a escala nanométrica en el movimiento de los iones.