(PhysOrg.com) -- I fisici del National Institute of Standards and Technology hanno utilizzato un piccolo cristallo di ioni (atomi caricati elettricamente) per rilevare forze della scala di yoctonewton. Le misurazioni di forze leggere - uno yoctonewton è equivalente al peso di un singolo atomo di rame sulla Terra - possono essere utili nella microscopia di forza, scienza su scala nanometrica, e test di teorie fisiche fondamentali.

Un newton è già una piccola unità:all'incirca la forza di gravità terrestre su una piccola mela. Uno yoctonewton è un septillionesimo di un newton (yocto significa 23 zeri dopo la cifra decimale, oppure 0.000000000000000000000001).

Le misurazioni di forze evanescenti sono tipicamente effettuate con minuscoli oscillatori meccanici, che vibrano come le corde di una chitarra. Il nuovo sensore NIST, descritto in Nanotecnologia della natura , * è ancora più esotico:un cristallo piatto di circa 60 ioni di berillio intrappolati all'interno di una camera a vuoto da campi elettromagnetici e raffreddati a 500 milionesimi di grado sopra lo zero assoluto con un laser ultravioletto. L'apparato è stato sviluppato negli ultimi 15 anni per esperimenti relativi ai plasmi ionici e al calcolo quantistico. In questo caso, è stato utilizzato per misurare forze su scala yoctonewton da un campo elettrico applicato. In particolare, l'esperimento ha mostrato che era possibile misurare circa 390 yoctonewton in un solo secondo di tempo di misurazione, una velocità elevata che indica l'elevata sensibilità della tecnica. La sensibilità è una risorsa per le applicazioni pratiche.

Il precedente record di misurazione della forza con questo livello di sensibilità è stato ottenuto da un altro fisico del NIST che ha misurato le forze 1, 000 volte più grande, o 500 zeptonewton (0,00000000000000000005 newton) in un secondo di tempo di misurazione utilizzando un oscillatore meccanico.** Precedenti ricerche del NIST indicavano che un singolo ione intrappolato poteva rilevare forze su scale yoctonewton ma non effettuava misurazioni calibrate. ***

Il sensore di ioni descritto in Nanotecnologia della natura funziona esaminando come una forza applicata influenza il movimento degli ioni, in base alle variazioni della luce laser riflessa dagli ioni. Un piccolo campo elettrico oscillante applicato al cristallo fa oscillare gli ioni avanti e indietro; mentre gli ioni oscillano, l'intensità della luce laser riflessa oscilla in sincronia con il movimento degli ioni. È rilevabile una variazione della quantità di luce laser riflessa dovuta alla forza, fornendo una misura del movimento indotto degli ioni utilizzando un principio simile a quello utilizzato nella pistola radar di un ufficiale di polizia. La tecnica è altamente sensibile a causa della bassa massa degli ioni, forte risposta di particelle cariche a campi elettrici esterni, e capacità di rilevare cambiamenti su scala nanometrica nel movimento degli ioni.