Cómo oír el giro de lo invisible ✛

‹›

Imagina una cuerda tensada entre dos clavijas. Una mínima caricia la hace vibrar, y por el tono del sonido se puede adivinar cómo se ha tocado. Una cuerda similar es la que han tensado los físicos de la Universidad de Arizona, pero no en un instrumento musical, sino sobre una membrana de silicio de cien nanómetros de grosor. Solo que, en lugar de escuchar el sonido, escuchan la luz reflejada por una diminuta rejilla grabada en esa membrana.

La rejilla es un patrón periódico de líneas con un paso de unos 700 nanómetros, menor que la longitud de onda de la luz utilizada. Cuando un rayo láser incide sobre ella con un cierto ángulo, la luz no solo se refleja o atraviesa, sino que excita en la rejilla un estado especial: la resonancia de modo guiado. Es como si la luz quedara "atrapada" un instante en la estructura antes de salir. La transmitancia cae bruscamente, y esa caída es muy sensible al ángulo de incidencia.

Si la membrana rota ligeramente, el ángulo local con el que la luz encuentra la rejilla cambia. La resonancia se desplaza y la intensidad de la luz transmitida se modula. Así, el desplazamiento angular se convierte en un cambio de brillo que un fotodiodo puede medir fácilmente. En el experimento se lograron detectar rotaciones de 3 nanorradianes por segundo de medición con una potencia de luz de solo 380 nanovatios, miles de veces más débil que la de un puntero láser.

Esa sensibilidad fue suficiente para ver el temblor térmico de la nanocinta, una fina tira de nitruro de silicio que oscila alrededor de su eje. Su factor de calidad, es decir, el número de oscilaciones antes de amortiguarse, fue de 1,5 millones. La señal de ese temblor se vio con una relación señal-ruido de 47 decibelios, lo que confirma que el método funciona en el límite impuesto por la naturaleza cuántica de la luz.

Ahora que la cuerda está tensa y suena, solo queda afinarla aún más. Reduciendo la anchura de la resonancia y aumentando la potencia de la luz de sondeo, se podría alcanzar una sensibilidad de 0,01 nanorradianes por raíz de hercio, el nivel de las mejores palancas ópticas de laboratorio. Entonces estarían al alcance los sensores cuánticos de par, capaces de sentir fuerzas de torsión del orden de zeptonewton-metro, y sensores inerciales compactos para navegación sin GPS. Una cuerda que responde al más mínimo giro podría convertirse en la base de una nueva clase de instrumentos.