Una diminuta cuenta de vidrio flota en un rayo láser como una mota de polvo en la luz del sol. A su alrededor hay un gas enrarecido: átomos de criptón, xenón y pesadas moléculas de hexafluoruro de azufre. Chocan contra la cuenta, y cada impacto le transmite un diminuto impulso, como un guisante lanzado contra una sábana tensa que la hace vibrar.
Los autores del trabajo registraron estos desplazamientos y reconstruyeron la fuerza de cada impacto individual. Resultó que la frecuencia de los impactos indica con precisión cuánto gas hay alrededor: cuentas los impactos y conoces la presión. Además, por el carácter de la vibración se puede determinar la temperatura de la superficie de la cuenta. Los golpes más débiles que lograron detectar llevan un impulso de solo 200 kiloelectronvoltios divididos por la velocidad de la luz, lo que es billones de veces menor que el impulso de un mosquito en vuelo.
Este sensible "nanobarómetro" podría convertirse en un nuevo estándar para medir la presión en el vacío, sin columnas de mercurio ni membranas, simplemente contando los impactos de las moléculas. Y en el futuro, sensores levitantes similares podrían ayudar a estudiar cómo interactúan las partículas entre sí a distancias muy pequeñas.
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2604.18371
We experimentally demonstrate the detection of momentum transfers from individual collisions of Kr, Xe, and SF$$_6$$ with an optically levitated nanoparticle, finding good agreement with theoretical expectations. The observed event rates accurately measure the gas partial pressures, while the spectral shape provides a sensitive probe of the surface properties of the nanoparticle, including its temperature. The reconstruction of impulse signals as small as 200 keV/$$c$$ further establishes that levitated optomechanical sensors can reach the sensitivity required for precision measurements of fundamental particle interactions, and demonstrates a proof-of-principle for a primary pressure sensor based on the detection of individual gas particle collisions.
Si en lugar de la cuenta hubiera un balón de fútbol y las moléculas de gas fueran del tamaño de pelotas de tenis, para medir la presión con precisión habría que contar alrededor de mil millones de impactos por segundo.