La mayoría de las personas están familiarizadas con los láseres ópticos gracias a su experiencia con los punteros láser. Pero, ¿qué pasa con un láser hecho de ondas sonoras?

Lo que hace que la luz láser óptica sea diferente de una bombilla o del sol es que todas las ondas de luz que emergen de ella se mueven en la misma dirección y están prácticamente en perfecta sintonía entre sí. Esta es la razón por la que el rayo que sale del puntero láser no se extiende en todas las direcciones.

A diferencia de, los rayos del sol y la luz de una bombilla van en todas direcciones. Esto es bueno porque, de lo contrario, sería difícil iluminar una habitación; o peor aún, es posible que la Tierra no reciba luz solar. Pero mantener las ondas de luz en sintonía (los físicos lo llaman coherencia) es lo que hace que un láser sea especial. El sonido también está hecho de ondas.

Recientemente, ha habido un interés científico considerable en la creación de láseres de fonones en los que las oscilaciones de las ondas de luz son reemplazadas por las vibraciones de una partícula sólida diminuta. Generando ondas sonoras perfectamente sincronizadas, Descubrimos cómo hacer un láser de fonón, o un "láser para sonido".

En el trabajo que publicamos recientemente en la revista Fotónica de la naturaleza , Hemos construido nuestro láser de fonones utilizando las oscilaciones de una partícula, de unos cien nanómetros de diámetro, que levita utilizando una pinza óptica.

Ondas sincronizadas

Una pinza óptica es simplemente un rayo láser que atraviesa una lente y atrapa una nanopartícula en el aire. como el rayo tractor en "Star Wars". La nanopartícula no se queda quieta. Se balancea hacia adelante y hacia atrás como un péndulo, a lo largo de la dirección del haz de trampa.

Dado que la nanopartícula no está sujeta a un soporte mecánico ni atada a un sustrato, está muy bien aislado del entorno que lo rodea. Esto permite a los físicos como nosotros usarlo para detectar electricidad débil, Fuerzas magnéticas y gravitacionales cuyos efectos se oscurecerían de otro modo.

Para mejorar la capacidad de detección, ralentizamos o "enfriamos" el movimiento de las nanopartículas. Esto se hace midiendo la posición de la partícula a medida que cambia con el tiempo. Luego, devolvemos esa información a una computadora que controla la potencia del haz de trampa. Variar el poder de captura nos permite restringir la partícula para que se ralentice. Esta configuración ha sido utilizada por varios grupos en todo el mundo en aplicaciones que no tienen nada que ver con láseres de sonido. Luego dimos un paso crucial que hace que nuestro dispositivo sea único y es esencial para construir un láser de fonón.

Esto implicó modular el haz de trampa para hacer que la nanopartícula oscile más rápido, produciendo un comportamiento similar al de un láser:las vibraciones mecánicas de la nanopartícula produjeron ondas de sonido sincronizadas, o un láser de fonón.

El láser de fonón es una serie de ondas sonoras sincronizadas. Un detector puede monitorear el láser de fonones e identificar cambios en el patrón de estas ondas sonoras que revelan la presencia de una fuerza gravitacional o magnética.

Puede parecer que la partícula se vuelve menos sensible porque oscila más rápido, pero el efecto de tener todas las oscilaciones sincronizadas en realidad supera ese efecto y lo convierte en un instrumento más sensible.

Posibles aplicaciones

Está claro que los láseres ópticos son muy útiles. Transportan información a través de cables de fibra óptica, leer códigos de barras en los supermercados y ejecutar los relojes atómicos que son esenciales para el GPS.

Originalmente desarrollamos el láser phonon como una herramienta para detectar electricidad débil, campos magnéticos y gravitacionales, que afectan las ondas sonoras de una manera que podemos detectar. Pero esperamos que otros encuentren nuevos usos para esta tecnología en la comunicación y la detección, como la masa de moléculas muy pequeñas.

En el lado fundamental, Nuestro trabajo aprovecha el interés actual en probar las teorías de la física cuántica sobre el comportamiento de colecciones de mil millones de átomos, aproximadamente el número contenido en nuestra nanopartícula. Los láseres también son el punto de partida para crear estados cuánticos exóticos como el famoso estado del gato Schrodinger, lo que permite que un objeto esté en dos lugares al mismo tiempo. Por supuesto, los usos más interesantes del láser de fonón de pinzas ópticas pueden ser los que no podemos prever actualmente.

Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.