Una gota de agua iluminada crea un "átomo óptico".
Los hallazgos abren la posibilidad de medir contaminantes químicos o biológicos en gotas de agua de forma rápida y sencilla
Iluminar una gota de agua crea efectos análogos a los que se producen en un átomo. Esto puede ayudarnos a entender cómo funcionan los átomos, escriben investigadores de la Universidad de Gotemburgo en un nuevo artículo de revista.
Cuando se proyecta un haz de luz sobre una gota de agua, la luz queda atrapada en el interior de la gota.
Javier Tello Marmolejo
Si susurramos junto a la pared de la cúpula de la catedral de San Pablo de Londres, descubriremos que el sonido rebota en las paredes de la cúpula por todo el perímetro y es audible en el lado opuesto. Por eso la cúpula de la catedral ha sido bautizada como "la galería de los susurros".
El mismo efecto se consigue cuando se proyecta un haz de luz en una gota de agua. Los rayos de luz rebotan en la pared interior de la gota una y otra vez, dando vueltas y vueltas dentro de la gota. Cuando su circunferencia es un múltiplo de la longitud de onda de la luz, se produce un fenómeno de resonancia, igual que el sonido dentro de la cúpula de la Catedral, que hace que la gotita brille más.
La gotita parpadea
"En nuestros experimentos con luz láser, pudimos comprobar que la luz queda atrapada en el interior de la gotita de agua. Cuando la gotita se encoge debido a la evaporación, parece parpadear cada vez que su tamaño es el adecuado para crear el fenómeno de resonancia", explica Javier Marmolejo, estudiante de doctorado en Física de la Universidad de Gotemburgo y autor principal de un nuevo estudio publicado en Physical Review Letters.
Gracias a una técnica de pinzas ópticas galardonada con el premio Nobel, los investigadores pueden atrapar una gota de agua utilizando rayos láser que la apuntan desde dos direcciones. El rayo láser se refracta en la gotita de agua y se dispersa, atrapando la luz en su interior.
No se puede cambiar el tamaño de la cúpula de la catedral de San Pablo, pero una gota de agua cambia de tamaño al evaporarse. Los investigadores descubrieron entonces cómo la gotita parpadeaba de forma similar a lo que ocurre cuando un electrón es emitido por un átomo al ser iluminado por luz de distintas longitudes de onda. También pudieron utilizar una analogía de la mecánica cuántica para explicar cómo las resonancias -el tamaño de la gotita cuando la dispersión era mayor- se corresponden con los niveles de energía de un átomo. Esto convierte a la gotita en un modelo de átomo, con la ventaja añadida de que su tamaño puede variar. De este modo, se profundiza en el conocimiento de la dispersión de la luz y se entiende mejor el funcionamiento de los átomos.
Útil en la investigación de medicamentos
"Como una gota de agua es unas 100.000 veces mayor que un átomo, obtenemos un modelo de átomo visible a simple vista, un 'átomo óptico'", explica Javier Marmolejo.
La espectroscopia láser genera datos sobre niveles de energía, enlaces y estructuras en átomos y moléculas. Del mismo modo, el espectro de luz difusa de las gotas de agua genera datos sobre las gotas en sí. Según los investigadores, esto puede utilizarse para medir con gran precisión la velocidad de evaporación de gotas microscópicas. Este descubrimiento puede aplicarse a líquidos distintos del agua y resultar útil para estudiar, por ejemplo, las gotas de aerosol de los inhaladores utilizados para la medicación. Los investigadores también señalan que esta tecnología ofrece una nueva forma de analizar la calidad del agua.
"Pequeñas cantidades de contaminantes en el agua cambian la forma en que parpadean las gotas, lo que abre la posibilidad de realizar mediciones rápidas y sencillas de contaminantes químicos o biológicos en gotas de agua", afirma Javier Marmolejo.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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