Os feixes de laser podem ser usados ​​para medir com precisão a posição ou velocidade de um objeto. Normalmente, Contudo, uma clara, a visão desobstruída desse objeto é necessária - e esse pré-requisito nem sempre é satisfeito. Na biomedicina, por exemplo, estruturas são examinadas, que estão embutidos em um irregular, ambiente complicado. Lá, o feixe de laser é desviado, espalhado e refratado, muitas vezes impossibilitando a obtenção de dados úteis da medição.

Contudo, Universidade de Utrecht (Holanda) e TU Wien (Viena, Áustria) agora foram capazes de mostrar que resultados significativos podem ser obtidos mesmo em ambientes tão complicados. De fato, existe uma maneira de modificar especificamente o feixe de laser para que ele forneça exatamente as informações desejadas no complexo, ambiente desordenado - e não apenas aproximadamente, mas de uma forma fisicamente ideal:a natureza não permite mais precisão com luz laser coerente. A nova tecnologia pode ser usada em campos de aplicação muito diferentes, mesmo com diferentes tipos de ondas, e já foi apresentado na revista científica Física da Natureza .

O aspirador e a janela do banheiro

"Você sempre deseja obter a melhor precisão de medição possível - esse é um elemento central de todas as ciências naturais, "diz Stefan Rotter da TU Wien." Vamos pensar, por exemplo, da enorme instalação LIGO, que está sendo usado para detectar ondas gravitacionais:você envia feixes de laser para um espelho, e as mudanças na distância entre o laser e o espelho são medidas com extrema precisão. "Isso só funciona bem porque o feixe de laser é enviado por um vácuo ultra-alto. Qualquer perturbação, Não importa quão pequeno, deve ser evitado.

Mas o que você pode fazer quando está lidando com distúrbios que não podem ser removidos? “Vamos imaginar um painel de vidro que não seja perfeitamente transparente, mas áspera e sem polimento como a janela de um banheiro ", diz Allard Mosk da Universidade de Utrecht." A luz pode passar, mas não em linha reta. As ondas de luz são alteradas e dispersas, portanto, não podemos ver com precisão um objeto do outro lado da janela a olho nu. "A situação é bastante semelhante quando você deseja examinar objetos minúsculos dentro do tecido biológico:o ambiente desordenado perturba o feixe de luz. O simples, O feixe de laser direto regular torna-se então um padrão de onda complicado que é desviada em todas as direções.

A onda ótima

Contudo, se você sabe exatamente o que o ambiente perturbador está fazendo com o feixe de luz, você pode reverter a situação:então, é possível criar um padrão de onda complicado em vez do simples, feixe de laser direto, que se transforma exatamente na forma desejada devido aos distúrbios e atinge exatamente onde pode entregar o melhor resultado. "Para alcançar isto, você nem precisa saber exatamente quais são os distúrbios, "Dorian Bouchet, o primeiro autor do estudo explica. "É suficiente primeiro enviar um conjunto de ondas de teste através do sistema para estudar como elas são alteradas pelo sistema."

Os cientistas envolvidos neste trabalho desenvolveram em conjunto um procedimento matemático que pode então ser usado para calcular a onda ótima a partir desses dados de teste:"Você pode mostrar que, para várias medições, há certas ondas que fornecem um máximo de informações como, por exemplo., nas coordenadas espaciais em que um determinado objeto está localizado. "

Tomemos por exemplo um objeto que está escondido atrás de um painel de vidro turvo:há uma onda de luz ótima que pode ser usada para obter o máximo de informações sobre se o objeto se moveu um pouco para a direita ou um pouco para a esquerda. Esta onda parece complicada e desordenada, mas é então modificado pela vidraça turva de tal maneira que chega ao objeto exatamente da maneira desejada e retorna a maior quantidade possível de informações ao aparelho de medição experimental.

Experimentos a laser em Utrecht

O fato de que o método realmente funciona foi confirmado experimentalmente na Universidade de Utrecht:feixes de laser foram direcionados através de um meio desordenado na forma de uma placa turva. O comportamento de espalhamento do meio foi assim caracterizado, em seguida, as ondas ideais foram calculadas a fim de analisar um objeto além da placa - e isso teve sucesso, com uma precisão na faixa dos nanômetros.

Em seguida, a equipe realizou outras medições para testar os limites de seu novo método:o número de fótons no feixe de laser foi significativamente reduzido para ver se ainda assim obtemos um resultado significativo. Desta maneira, eles foram capazes de mostrar que o método não só funciona, mas é até ideal no sentido físico:"Vemos que a precisão do nosso método é apenas limitada pelo chamado ruído quântico, "explica Allard Mosk." Este ruído resulta do fato de que a luz consiste em fótons - nada pode ser feito a respeito. Mas dentro dos limites do que a física quântica nos permite fazer por um feixe de laser coerente, podemos realmente calcular as ondas ótimas para medir coisas diferentes. Não só a posição, mas também o movimento ou a direção de rotação dos objetos. "

Esses resultados foram obtidos no contexto de um programa para imagens em escala nanométrica de estruturas semicondutoras, em que as universidades colaboram com a indústria. De fato, possíveis áreas de aplicação para esta nova tecnologia incluem microbiologia, mas também a produção de chips de computador, onde medições extremamente precisas são indispensáveis.