Nanotecnologia

Descoberto erro fundamental nas medições usando luz

Descoberto erro fundamental nas medições usando luz
Nem tudo está onde parece quando se usa a luz para medir os objetos. [Imagem: G. Araneda et al. - 10.1038/s41567-018-0301-y]

Teoria do neto de Darwin

Físicos demonstraram pela primeira vez um efeito de onda que pode levar a erros sistemáticos em várias tecnologias de medição óptica usadas rotineiramente para a estimativa da posição dos objetos.

Curiosamente, o efeito foi previsto 80 anos atrás pelo físico Charles G. Darwin, neto do naturalista Charles Darwin, elaborador da teoria da evolução das espécies. Mas só agora a tecnologia fotônica atingiu a precisão necessária para comprovar experimentalmente o efeito.

O trabalho deverá ter consequências principalmente para a metrologia óptica usada na microscopia, mas também vai influenciar as medições de posição usando ondas sonoras, de radar e até mesmo ondas gravitacionais.

Polarização elíptica

Com as modernas técnicas de microscopia, a posição dos objetos pode ser medida com uma precisão que atinge alguns nanômetros usando feixes de luz. Essas técnicas são usadas, por exemplo, para determinar a posição dos átomos em experimentos quânticos.

"Queremos saber a posição dos nossos bits quânticos com muita precisão para podermos manipulá-los e medi-los com raios laser," explica Gabriel Araneda, da Universidade Tecnológica de Viena, na Áustria.

Mas um erro sistemático pode ocorrer ao determinar a posição das partículas que emitem luz - ou refletem a luz do laser - na forma de luz polarizada elipticamente.

"A polarização elíptica faz com que as frentes de onda da luz tenham uma forma espiral e atinjam a óptica de imageamento com um pequeno ângulo. Isso leva à impressão de que a fonte da luz está deslocada de sua posição real," explica Yves Colombe, da Universidade de Innsbruck.

Isso é relevante, por exemplo, na pesquisa biomédica, em que proteínas luminosas ou nanopartículas são usadas como marcadores para determinar a forma dessas estruturas biológicas - o efeito que agora foi comprovado leva a uma imagem distorcida das estruturas reais.

Descoberto erro fundamental nas medições usando luz
O erro sistemático é da magnitude do comprimento de onda da luz usada - e esses comprimentos estão na casa das centenas de nanômetros, enquanto os objetos medidos têm menos de dez nanômetros. [Imagem: G. Araneda et al. - 10.1038/s41567-018-0301-y]

Erros de dimensão astrofísica

O desvio é grande, da ordem do comprimento de onda da luz utilizada, podendo resultar em um erro de medição de centenas de nanômetros - os microscópios ópticos atuais já fazem imagens com resolução na faixa dos 10 nanômetros ou menos.

Os pesquisadores afirmam que esse efeito não será observado apenas com fontes de luz - medições de radar ou sonar, por exemplo, também podem ser afetadas.

O efeito pode até desempenhar um papel em astronomia e astrofísica, como no caso da estimativa da posição de objetos astronômicos responsáveis pela emissão de ondas gravitacionais.

Bibliografia:

Wavelength-scale errors in optical localization due to spin–orbit coupling of light
G. Araneda, S. Walser, Y. Colombe, D. B. Higginbottom, J. Volz, R. Blatt, A. Rauschenbeutel
Nature Physics
DOI: 10.1038/s41567-018-0301-y




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