Atrapamiento óptico

 

Es sabido de física y desde la temprana historia de la óptica, que la luz posee momento lineal y angular y que, por lo tanto, puede ejercer fuerza sobre los objetos físicos. Sin embargo, debido a su pequeña magnitud, no se ha considerado que las fuerzas ópticas pudieran tener aplicaciones hasta hace pocos años. Con el advenimiento del láser, Arthur Ashkin mostró en 1970 que se puede usar la presión de radiación de haces para afectar de modo ostensible la dinámica de partículas micro y nano-métricas. En 1986, A. Ashkin y S. Chu consiguieron atrapar partículas neutras con un haz láser focalizado, dando así lugar a las pinzas ópticas y posibilitando la manipulación óptica de átomos, moléculas, células y nanopartículas.

 

A modo descriptivo, podemos pensar en un láser como si de un cañón de luz se tratase, que dispara fotones en trayectorias rectilíneas. Estos fotones son como balas que atraviesan los objetos físicos empujándolos y modificando sus trayectorias de manera compleja. Focalizando los rayos de luz es posible atrapar una partícula neutra en tres dimensiones. En rigor, la fuerza total sobre una partícula se puede dividir en dos componentes principales: la fuerza de scattering, que empuja la partícula en la dirección de propagación del haz incidente, y la fuerza de gradiente, que apunta hacia el eje del haz y es responsable del atrapamiento.

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Fuerzas ópticas sobre una esfera neutra. El diagrama de la izquierda ilustra el origen de las componentes de scattering y gradiente de la fuerza óptica. El diagrama de la derecha muestra la estabilidad axial que se genera por la fuerza de gradiente a lo largo del eje del haz, hacia la región focal.