El sensor de presión ultrasensible cuenta con una esfera de sílice de 100 nanómetros mantenida en su lugar mediante luz láser.
Laboratorio Thomas Penny/Yale Wright
La presión producida por una sola partícula ahora se puede medir por primera vez, gracias a un dispositivo que utiliza una pequeña perla mantenida en su lugar mediante un láser. Es tan sensible que los investigadores esperan que pueda ayudar a encontrar nuevas partículas esquivas, como las que podrían formar la materia oscura.
La presión es causada por partículas que golpean un objeto y ejercen colectivamente una fuerza en su área. Los investigadores suelen pensar en ello como un efecto promedio en lugar de acercarse a cada partícula, pero cuando la presión es extremadamente baja, como en experimentos realizados en un vacío casi perfecto, es necesario rastrear cada partícula para tener en cuenta adecuadamente sus efectos.
Yu-Han Tseng de la Universidad de Yale y sus colegas han construido el primer dispositivo capaz de realizar este tipo de mediciones. El componente central es una pequeña esfera de sílice, la mitad del tamaño de algunos virus, mantenida en su lugar con un rayo láser gracias a interacciones electromagnéticas entre los dos. Cada vez que una partícula golpea la esfera, refleja luz que luego los investigadores pueden detectar.
Para probar esta configuración, el equipo colocó el dispositivo en un vacío ultraalto y luego envió sistemáticamente partículas de tres gases diferentes. Midieron el movimiento del dispositivo cuando fue golpeado por estas partículas, luego calcularon la presión a partir de esas mediciones, la compararon con predicciones matemáticas y encontraron una buena concordancia entre las dos: el dispositivo estaba haciendo exactamente para lo que lo diseñaron.
“Es necesario hacer todo bien para que esta medición funcione”, dice Tseng. “Cuando hicimos todo con suficiente cuidado, la medida resultó hermosa”.
Yu-Han Tseng, Thomas Penny y Cecily Lowe trabajan en el dispositivo sensor de presión
Clarke Hardy, miembro del equipo, también de la Universidad de Yale, dice que el nuevo dispositivo podría usarse para establecer una nueva definición de lo que se considera un vacío extremadamente alto donde los sensores de presión estándar simplemente leerían cero. “Se podría simplemente contar el número de colisiones, y eso sería suficiente para dar una estimación de la presión en estos regímenes de vacío extremo”, dice.
“Las colisiones moleculares individuales rara vez se observan en tiempo real. Tradicionalmente, sus efectos sólo se ven en promedio, como cuando un objeto que se mueve rápidamente aparece borroso en una fotografía de larga exposición”, dice Joseph Kelly del King’s College de Londres.
Animesh Datta de la Universidad de Warwick en el Reino Unido dice que un diseño de dispositivo similar, incluidos algunos que su propio equipo ha estado desarrollando, podría usarse en astronomía, ayudándonos, por ejemplo, a comprender mejor los espacios de baja presión entre las estrellas al detectar partículas de gas que residen allí pero que otros sensores pueden haber pasado por alto.
Pero el equipo tiene otro objetivo en mente: utilizar el dispositivo para detectar las llamadas partículas hipotéticas de neutrinos estériles, que podrían resolver anomalías de décadas de antigüedad en experimentos de física de partículas, explicar por qué existen partículas con masas increíblemente pequeñas en nuestro universo e incluso ser un candidato convincente para saber de qué está hecha la materia oscura.
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