Cientistas da TU Wien, a Universidade de Innsbruck e o ÖAW demonstraram pela primeira vez um efeito de onda que pode levar a erros de medição na estimativa da posição óptica dos objetos. O trabalho agora publicado em Física da Natureza poderia ter consequências para a microscopia óptica e astronomia óptica, mas também pode desempenhar um papel nas medições de posição usando som, radar, ou ondas gravitacionais.

Com modernas técnicas de imagem óptica, a posição dos objetos pode ser medida com uma precisão que chega a alguns nanômetros. Essas técnicas são usadas em laboratório, por exemplo, para determinar a posição dos átomos em experimentos quânticos.

"Queremos saber a posição de nossos bits quânticos com muita precisão para que possamos manipulá-los e medi-los com feixes de laser, "explica Gabriel Araneda do Departamento de Física Experimental da Universidade de Innsbruck.

Um trabalho colaborativo entre físicos da TU Wien, Viena, liderado pelo professor Arno Rauschenbeutel, e pesquisadores da Universidade de Innsbruck e do Instituto de Óptica Quântica e Informação Quântica, liderado por Rainer Blatt, agora demonstrou que um erro sistemático pode ocorrer ao determinar a posição de partículas que emitem luz elipticamente polarizada.

"A polarização elíptica faz com que as frentes de onda da luz tenham uma forma espiral e atinjam a ótica da imagem em um pequeno ângulo. Isso leva à impressão de que a fonte de luz está um pouco fora de sua posição real, "explica Yves Colombe da equipe de Rainer Blatt.

Isso pode ser relevante, por exemplo, na pesquisa biomédica, onde proteínas luminosas ou nanopartículas são usadas como marcadores para determinar estruturas biológicas. O efeito agora comprovado possivelmente levaria a uma imagem distorcida das estruturas reais.

Qualquer tipo de onda pode apresentar esse comportamento

Mais de 80 anos atrás, o físico Charles G. Darwin, neto do cientista natural britânico Charles Darwin, previu este efeito. Desde aquele tempo, vários estudos teóricos confirmaram sua previsão. Agora, foi possível, pela primeira vez, provar claramente o efeito de onda em experimentos, e isso duas vezes:na Universidade de Innsbruck, físicos determinados, através da emissão de um único fóton, a posição de um único átomo de bário preso em uma armadilha de íons. Físicos do Atominstitut de TU Wien (Viena) determinaram a posição de uma pequena esfera de ouro, cerca de 100 nanômetros de tamanho, analisando sua luz espalhada. Em ambos os casos, havia uma diferença entre a posição observada e a posição real da partícula.

"O desvio está na ordem do comprimento de onda da luz e pode resultar em um erro de medição considerável em muitas aplicações, "diz Stefan Walser da equipe de Arno Rauschenbeutel." Microscopia de luz de super-resolução, por exemplo, já penetrou muito na faixa nanométrica, considerando que esse efeito pode levar a erros de vários 100 nanômetros. "

Os cientistas acreditam que é muito provável que esse erro sistemático fundamental também desempenhe um papel nessas aplicações, mas isso ainda não foi comprovado em estudos separados. Os pesquisadores também presumem que esse efeito não será observado apenas com fontes de luz, mas as medições de radar ou sonar, por exemplo, também podem ser afetados. O efeito pode até desempenhar um papel em aplicações futuras para a estimativa da posição de objetos astronômicos usando sua emissão de ondas gravitacionais.