Científicos de TU Wien, la Universidad de Innsbruck y la ÖAW han demostrado por primera vez un efecto de onda que puede provocar errores de medición en la estimación de la posición óptica de los objetos. El trabajo ahora publicado en Física de la naturaleza podría tener consecuencias para la microscopía óptica y la astronomía óptica, pero también podría desempeñar un papel en las mediciones de posición utilizando sonido, Radar, u ondas gravitacionales.

Con modernas técnicas de imagen óptica, la posición de los objetos se puede medir con una precisión que alcanza unos pocos nanómetros. Estas técnicas se utilizan en el laboratorio, por ejemplo, para determinar la posición de los átomos en experimentos cuánticos.

"Queremos saber la posición de nuestros bits cuánticos con mucha precisión para poder manipularlos y medirlos con rayos láser, "explica Gabriel Araneda del Departamento de Física Experimental de la Universidad de Innsbruck.

Un trabajo colaborativo entre físicos de TU Wien, Viena, dirigido por el profesor Arno Rauschenbeutel, e investigadores de la Universidad de Innsbruck y el Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica, dirigido por Rainer Blatt, ahora ha demostrado que puede ocurrir un error sistemático al determinar la posición de partículas que emiten luz elípticamente polarizada.

"La polarización elíptica hace que los frentes de onda de la luz tengan forma de espiral y golpeen la óptica de imagen en un ligero ángulo. Esto da la impresión de que la fuente de luz está algo fuera de su posición real, "explica Yves Colombe del equipo de Rainer Blatt.

Esto podría ser relevante por ejemplo, en investigación biomédica, donde se utilizan proteínas luminosas o nanopartículas como marcadores para determinar estructuras biológicas. El efecto que ahora se ha probado posiblemente conduciría a una imagen distorsionada de las estructuras reales.

Cualquier tipo de ondas podría mostrar este comportamiento.

Hace más de 80 años, el físico Charles G. Darwin, nieto del científico natural británico Charles Darwin, predijo este efecto. Desde ese tiempo, varios estudios teóricos han fundamentado su predicción. Ahora, ha sido posible por primera vez demostrar claramente el efecto de onda en experimentos, y esto dos veces:en la Universidad de Innsbruck, físicos determinados, a través de la emisión de un solo fotón, la posición de un solo átomo de bario atrapado en una trampa de iones. Los físicos del Atominstitut de TU Wien (Viena) determinaron la posición de una pequeña esfera de oro, unos 100 nanómetros de tamaño, analizando su luz dispersa. En ambos casos, había una diferencia entre la posición observada y la real de la partícula.

"La desviación es del orden de la longitud de onda de la luz y puede sumar un error de medición considerable en muchas aplicaciones, "dice Stefan Walser del equipo de Arno Rauschenbeutel." Microscopía de luz de superresolución, por ejemplo, ya ha penetrado mucho en el rango nanométrico, mientras que este efecto puede dar lugar a errores de varios 100 nanómetros ".

Los científicos creen que es muy probable que este error sistemático fundamental también juegue un papel en estas aplicaciones, pero esto aún no se ha probado en estudios separados. Los investigadores también asumen que este efecto no solo se observará con fuentes de luz, pero que las mediciones de radar o sonar, por ejemplo, también podría verse afectado. El efecto podría incluso jugar un papel en aplicaciones futuras para la estimación de la posición de objetos astronómicos utilizando su emisión de ondas gravitacionales.