Los rayos láser se pueden utilizar para medir con precisión la posición o la velocidad de un objeto. Normalmente, sin embargo, una limpieza, Se requiere una vista despejada de este objeto, y este requisito previo no siempre se cumple. En biomedicina, por ejemplo, se examinan las estructuras, que están incrustados en un irregular, Entorno complicado. Allí, el rayo láser se desvía, dispersos y refractados, a menudo imposibilitando la obtención de datos útiles a partir de la medición.

Sin embargo, 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. En efecto, hay una manera de modificar específicamente el rayo láser para que entregue exactamente la información deseada en el complejo, entorno desordenado, y no solo aproximadamente, pero de una manera físicamente óptima:la naturaleza no permite más precisión con luz láser coherente. La nueva tecnología se puede utilizar en campos de aplicación muy diferentes, incluso con diferentes tipos de olas, 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, de la enorme instalación de LIGO, que se utiliza para detectar 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, no importa que tan pequeño, debe evitarse.

Pero, ¿qué puede hacer cuando se enfrenta a perturbaciones que no se pueden eliminar? "Imaginemos un panel de vidrio que no sea perfectamente transparente, pero áspero y sin pulir como la ventana de un baño ", dice Allard Mosk de la Universidad de Utrecht." La luz puede pasar, pero no en línea recta. Las ondas de luz se alteran y se 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 desea examinar objetos diminutos dentro del tejido biológico:el entorno desordenado perturba el haz de luz. El simple, El rayo láser recto regular se convierte en un patrón de onda complicado que se desvía en todas las direcciones.

La ola óptima

Sin embargo, si sabe exactamente lo que el entorno perturbador le está haciendo 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 en exactamente la forma deseada debido a las perturbaciones y golpea justo donde puede ofrecer el mejor resultado. "Lograr esto, ni siquiera necesita saber exactamente cuáles son las alteraciones, "Dorian Bouchet, explica el primer autor del estudio. "Es suficiente 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 utilizar 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, p.ej., 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 izquierda. Esta ola parece complicada y desordenada, pero luego es modificado 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 para analizar un objeto más allá de la placa, y esto tuvo éxito, con una precisión en el rango del nanómetro.

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 aún obtiene un resultado significativo. De este modo, pudieron demostrar que el método no solo funciona, pero es incluso 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 es el resultado del hecho de que la luz se compone de 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, de hecho, podemos calcular las ondas óptimas para medir diferentes cosas. No solo el puesto, sino también el movimiento o la dirección de rotación de los objetos ".

Estos resultados se obtuvieron en el contexto de un programa para la obtención de imágenes a escala nanométrica de estructuras semiconductoras, en el que las universidades colaboran con la industria. En efecto, Las posibles áreas de aplicación de esta nueva tecnología incluyen la microbiología, pero también la producción de chips de computadora, donde las mediciones extremadamente precisas son indispensables.