Con ‘pinzas ópticas’ controlan nanopartículas de helio superfluido

Investigadores japoneses utilizan unas ‘pinzas ópticas’ para controlar las nanopartículas de un helio superfluido.

El avance es un paso más hacia una mejor comprensión de las interacciones entre los objetos cuánticos y macroscópicos

Científicos de la Escuela de Graduados en Ciencias de la Ingeniería de la Universidad de Osaka utilizaron pinzas ópticas por primera vez dentro de helio superfluido.

Con un haz de luz fuertemente enfocado, demostraron la captura estable de nanopartículas a temperaturas ultrabajas.

Este trabajo puede ayudar a los científicos a comprender mejor el límite conceptual que separa los efectos clásicos y cuánticos.

Estudiar el extraño mundo de la mecánica cuántica suele ser difícil, porque algunos de los fenómenos más interesantes ocurren solo en condiciones extremas.

Por ejemplo, cuando el helio se enfría a temperaturas muy bajas, puede formar un estado superfluido que fluye sin viscosidad ni fricción.

Este cambio se debe a la naturaleza cuántica “ondulatoria” de la materia, en la que los átomos de helio ultrafríos comienzan a coordinarse y comportarse casi como una sola partícula.

Si bien la existencia del helio superfluido se conoce desde hace mucho tiempo, la forma en que interactúa con objetos más grandes no se ha estudiado completamente.

Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Osaka manipuló nanopartículas suspendidas en helio superfluido utilizando pinzas ópticas.

Pudieron usar este efecto de atrapamiento óptico para confinar nanopartículas metálicas y dieléctricas en el helio superfluido que estaba a solo 1,4 grados por encima del cero absoluto.

“Este experimento fue la primera aplicación exitosa de pinzas ópticas a temperaturas ultrabajas, porque estábamos trabajando a 271 grados centígrados bajo cero”, dice el primer autor Yosuke Minowa.

Las nanopartículas atrapadas estaban hechas de oro u óxido de zinc, con un tamaño de entre 10 y 80 nanómetros, y podían permanecer suspendidas hasta 30 minutos.

Las pinzas ópticas permiten el confinamiento tridimensional de diminutas nanopartículas utilizando un haz de luz fuertemente enfocado de un láser.

La luz actúa como un “rayo tractor”, y este método se usa ampliamente en física, química, biología e investigación médica.

Normalmente, las pinzas ópticas funcionan a temperatura ambiente, pero este estudio abre el camino para nuevas aplicaciones criogénicas.

“Nuestro trabajo permite explorar interacciones sin precedentes entre los fluidos cuánticos y los nanomateriales clásicos”, dice Minowa.

En el helio superfluido, aparecen pequeños remolinos llamados vórtices, pero cada uno solo puede girar a ciertos valores permitidos.

En el futuro, las nanopartículas podrían usarse para visualizar o incluso controlar estos vórtices.

Esta investigación puede ayudar a comprender mejor la transición entre el reino cuántico y las leyes familiares de la física.

Fuente: Optica