NOVA PROPIEDADE DA LUZ: AUTO TORQUE

Esquema do feixe de luz xerado cunha velocidade de rotación controlable / U.C./ JILA
 

Un equipo de investigadores liderado por científicos españois observou unha nova propiedade da luz que no futuro podería ter aplicacións no estudo e manipulación dos entes máis pequenos da natureza como átomos, proteínas, moléculas e virus.

O achado suma unha nova calidade da luz que pode medirse e controlarse. O láser é unha variante de luz  amplificada e focalizada que ten un enorme interese científico e médico debido a que se pode controlar a súa dirección, intensidade e lonxitude de onda. O novo descubrimento céntrase na capacidade de acelerar ou frear a velocidade de rotación dun feixe de luz, algo que os autores do descubrimento denominan "auto  torque", unha palabra prestada do inglés.

“É unha nova propiedade que ata agora non se observou”, explica Laura Rego, física óptica da Universidade de Salamanca e primeira autora do estudo, publicado na prestixiosa revista Science e destacado na súa portada.

Rego compara o seu descubrimento cun condutor que move as súas dúas mans en diferentes sentidos para virar o volante. “Nós predixemos teoricamente e observado de forma experimental que o mesmo é posible con feixes de luz. Podemos cambiar a velocidade de rotación, é dicir, cambiar o momento angular da luz, algo que ata agora non se fixo”, explica esta física óptica de 25 anos. Trátase dunha propiedade natural da luz. O feixe, unha vez creado nas condicións adecuadas, ten a capacidade de acelerar ou frear a súa rotación por si só.

Hai 30 anos desenvolvéronse feixes de luz láser que se desprazan rotando ao redor dun punto, unha especie de tornado lumínico. Do mesmo xeito que un bulebule, estes feixes poden atrapar moléculas e partículas cun tamaño de milmillonésimas partes dun metro e facelas virar, o que permite observalas en tres dimensións. O ano pasado, o estadounidense Arthur Ashkin gañou o Nobel de Física polo desenvolvemento destas “ferramentas de luz” e a súa aplicación ao mundo da bioloxía. Este tipo de luz tamén serve para almacenar e transmitir información e para o  entrelazamiento  cuántico de partículas.

Ata agora só puidéronse crear bulebules de luz cunha velocidade de rotación constante. Rego, xunto ao seu compañeiro Carlos Hernández-García e o seu xefe de grupo, Luís Plaja, todos da Universidade de Salamanca, realizaron os cálculos teóricos que demostraban que esa velocidade pode ser variable. Con eses cálculos na man contactaron con científicos de JILA, un dos principais centros de investigación en física e fotónica de EE UU, situado na Universidade de Colorado (EE UU). Alí existen as instalacións necesarias para desenvolver este tipo de feixes de luz, un equipamento cun custo duns dous millóns de euros, explica Hernández-García. “Primeiro créanse feixes de luz láser infravermella focalizada intensamente sobre unha nube de gas. Ao cruzala, os pulsos de láser transfórmanse en feixes con forma de vórtice cunha lonxitude de onda próxima á dos raios X e cuxa velocidade é variable ao longo do tempo”, explica.

“Por agora este achado non ten unhas aplicacións directas para mellorar os móbiles ou o almacenamento de memoria, pero si é unha ferramenta boa para estudar a dinámica electrónica en tempos moi curtos que van desde unha  milbillonésima de segundo a unha  trillonésima de segundo. Son os tempos máis curtos nos que se pode facer ciencia con luz. Isto dános un novo grao de liberdade, pois incluímos poder controlar o factor tempo”, resalta.

“É un descubrimento físico fundamental”, opina o  biofísico Ricardo Arias González,  introductor en España das pinzas ópticas con aplicacións biolóxicas. “É algo que se esperaba e eles demóstrano e dan a receita para conseguilo”, resalta.

É relativamente habitual que os físicos que traballan neste campo non saiban predicir as aplicacións dos seus achados. “Atkins descubriu que se podía facer  atrapamiento  cuántico de átomos, pero ata que non se aplicou a células e virus, moitos anos despois, o seu descubrimento permaneceu case oculto. Agora é a técnica estrela para manipular  nanopartículas biolóxicas e estase investigando con partículas magnéticas controladas con luz para que xeren calor e destrúan tumores ou que liberen fármacos. Hai todo un campo por explotar, pero require moito tempo de investigación”, resalta.

“Este traballo ten implicacións moi diversas”, di Juan José García-Ripoll, do Instituto de Física Fundamental (CSIC). “A luz pode exercer forzas sobre partículas lixeiras, como átomos e moléculas. Neste caso a partícula sería moi sensible á estrutura do tornado ou bulebule de luz que construíron. Tamén ocorre que as moléculas e átomos pódense excitar pola acción destes pulsos de luz. O momento angular, como se argumenta no artigo, pode servir para excitar determinadas transicións e non outras”, destaca.

FONTE: Nuño Domínguez/elpais.es/ciencia