Los físicos teóricos de RIKEN han desarrollado una teoría simple pero precisa de cómo el sonido interactúa con las partículas pequeñas. Este avance ayudará a mejorar la manipulación de micropartículas por sonido.

La luz láser se usa ampliamente para mover y rotar partículas pequeñas. Esta capacidad se basa en el conocimiento de las fuerzas y torsiones que genera la luz en las partículas pequeñas.

En una forma similar, las ondas sonoras se pueden utilizar para manipular partículas pequeñas, pero hasta ahora no existía una teoría general clara y concisa que describiera cómo las ondas sonoras no uniformes generan fuerzas y momentos de torsión en partículas pequeñas.

Ahora, considerando analogías con la luz, Ivan Toftul, Konstantin Bliokh y Franco Nori del Laboratorio de Física Cuántica Teórica RIKEN y sus colaboradores han derivado expresiones analíticas simples para la fuerza y ​​el torque generados en una pequeña partícula esférica por un campo de ondas sonoras genéricas de una sola frecuencia. Estas expresiones revelan el vínculo directo entre la fuerza de dispersión y la densidad de momento del campo de ondas sonoras y también entre el par y la densidad de momento angular de giro del campo de ondas.

"Estas correspondencias están ahora bien establecidas en óptica, pero era bastante vago en acústica y no había una expresión teórica para el torque en una pequeña partícula en un campo de ondas de sonido genérico, "explica Bliokh." Así que nuestros objetivos eran llenar estos importantes vacíos en la teoría de la interacción entre las ondas sonoras y la materia ".

El análisis del equipo reveló conexiones inesperadas entre la luz y el sonido. "Las ondas sonoras generalmente se consideran campos de ondas escalares simples que carecen de propiedades vectoriales, como polarización y espín, pero nuestros hallazgos muestran que los campos genéricos de ondas sonoras en realidad tienen tantos grados de libertad para las micromanipulaciones como los campos ópticos, "comenta Bliokh." Creo que esta analogía muestra que los campos acústicos pueden ofrecer muchas más posibilidades de las que se consideraban tradicionalmente antes ". Por ejemplo, La teoría del equipo muestra que una partícula en un campo evanescente acústico (el campo no uniforme generado cerca de superficies) experimenta fuerzas y torque que son muy similares a los de un campo evanescente óptico.

Por lo tanto, El análisis del equipo establece una correspondencia uno a uno entre las fuerzas ópticas y los pares de torsión bien estudiados utilizados para la micromanipulación y sus contrapartes acústicas. "Esto permitirá la fácil transferencia de conocimientos y hallazgos entre sistemas ópticos y acústicos, "observa Bliokh." Ahora estamos revisando el enfoque de la teoría de campo fundamental para la acústica y estamos examinando las propiedades vectoriales de los campos acústicos reveladas recientemente ".