Scienziati della TU Wien, l'Università di Innsbruck e l'ÖAW hanno dimostrato per la prima volta un effetto onda che può portare a errori di misurazione nella stima della posizione ottica degli oggetti. Il lavoro ora pubblicato in Fisica della natura potrebbe avere conseguenze per la microscopia ottica e l'astronomia ottica, ma potrebbe anche svolgere un ruolo nelle misurazioni della posizione utilizzando il suono, radar, o onde gravitazionali.

Con le moderne tecniche di imaging ottico, la posizione degli oggetti può essere misurata con una precisione che arriva a pochi nanometri. Queste tecniche vengono utilizzate in laboratorio, Per esempio, determinare la posizione degli atomi negli esperimenti quantistici.

"Vogliamo conoscere la posizione dei nostri bit quantistici in modo molto preciso in modo da poterli manipolare e misurarli con raggi laser, " spiega Gabriel Araneda del Dipartimento di Fisica Sperimentale dell'Università di Innsbruck.

Un lavoro collaborativo tra i fisici della TU Wien, Vienna, guidato dal professor Arno Rauschenbeutel, e ricercatori dell'Università di Innsbruck e dell'Istituto di ottica quantistica e informazione quantistica, guidato da Rainer Blatt, ha ora dimostrato che può verificarsi un errore sistematico nel determinare la posizione delle particelle che emettono luce polarizzata ellitticamente.

"La polarizzazione ellittica fa sì che i fronti d'onda della luce abbiano una forma a spirale e colpiscano l'ottica di imaging con una leggera angolazione. Questo porta all'impressione che la sorgente della luce sia un po' fuori dalla sua posizione effettiva, " spiega Yves Colombe del team di Rainer Blatt.

Questo potrebbe essere rilevante, Per esempio, nella ricerca biomedica, dove proteine ​​luminose o nanoparticelle vengono utilizzate come marcatori per determinare le strutture biologiche. L'effetto che è stato ora dimostrato potrebbe portare a un'immagine distorta delle strutture reali.

Qualsiasi tipo di onda potrebbe mostrare questo comportamento

Più di 80 anni fa, il fisico Charles G. Darwin, nipote del naturalista britannico Charles Darwin, previsto questo effetto. Da quel tempo, diversi studi teorici hanno avvalorato la sua previsione. Ora, è stato possibile per la prima volta dimostrare chiaramente l'effetto onda negli esperimenti, e questo due volte:all'Università di Innsbruck, fisici determinati, attraverso l'emissione di un singolo fotone, la posizione di un singolo atomo di bario intrappolato in una trappola ionica. I fisici dell'Atominstitut di TU Wien (Vienna) hanno determinato la posizione di una piccola sfera d'oro, di circa 100 nanometri di dimensione, analizzando la sua luce diffusa. In entrambi i casi, c'era una differenza tra la posizione osservata e quella effettiva della particella.

"La deviazione è dell'ordine della lunghezza d'onda della luce e può aggiungere un considerevole errore di misurazione in molte applicazioni, " afferma Stefan Walser del team di Arno Rauschenbeutel. "Microscopia ottica a super risoluzione, Per esempio, è già penetrato lontano nella gamma dei nanometri, considerando che questo effetto può portare a errori di diversi 100 nanometri."

Gli scienziati ritengono molto probabile che questo errore sistematico fondamentale avrà un ruolo anche in queste applicazioni, ma questo deve ancora essere dimostrato in studi separati. I ricercatori ipotizzano anche che questo effetto non sarà osservato solo con sorgenti luminose, ma quelle misurazioni radar o sonar, Per esempio, potrebbe anche essere influenzato. L'effetto potrebbe anche svolgere un ruolo nelle future applicazioni per la stima della posizione di oggetti astronomici utilizzando la loro emissione di onde gravitazionali.