La luz brillante sobre una gota de agua crea efectos análogos a lo que sucede en un átomo. Esto puede ayudarnos a comprender cómo funcionan los átomos, escriben investigadores de la Universidad de Gotemburgo en un nuevo artículo de revista.

Si susurras junto a la pared de la cúpula de la Catedral de San Pablo en Londres, descubrirás que el sonido rebota en las paredes de la cúpula y se escucha en el lado opuesto. Por eso, la cúpula de la Catedral ha sido bautizada como ‘la galería de los susurros’.

El mismo efecto se logra cuando un haz de luz brilla en una gota de agua. Los rayos de luz rebotan en la pared interior de la gota de agua una y otra vez, dando vueltas y vueltas dentro de la gota. Cuando su circunferencia es un múltiplo de la longitud de onda de la luz, se produce un fenómeno de resonancia, como el sonido dentro de la cúpula de la Catedral, que hace que la gota brille más.

La gota parpadea

« En nuestros experimentos con luz láser, pudimos ver que la luz queda atrapada dentro de la gota de agua. Cuando la gota se encoge debido a la evaporación, parece parpadear cada vez que su tamaño es el adecuado para crear el fenómeno de resonancia », dice Javier Marmolejo, estudiante de doctorado en física en la Universidad de Gotemburgo, autor principal de un nuevo estudio publicado en Physical Review Letters.

Gracias a una técnica de pinzas ópticas ganadora del premio Nobel, los investigadores pueden atrapar una gota de agua utilizando rayos láser que la apuntan desde dos direcciones. El rayo láser se refracta en la gota de agua y se dispersa, atrapando la luz en su interior.

No se puede cambiar el tamaño de la cúpula de la Catedral de San Pablo, pero una gota de agua cambia de tamaño a medida que se evapora. Luego, los investigadores descubrieron cómo la gota brilló de una manera similar a lo que ocurre cuando un átomo emite un electrón cuando se ilumina con luz de diferentes longitudes de onda. También pudieron usar una analogía de la mecánica cuántica para explicar cómo las resonancias (el tamaño de la gota cuando la dispersión era mayor) corresponden a los niveles de energía de un átomo. Esto convierte a la gota en un modelo de átomo con la ventaja añadida de que su tamaño puede variar. Proporciona conocimientos más profundos sobre cómo se dispersa la luz y, al mismo tiempo, sirve de modelo para comprender cómo funcionan los átomos.

Útil en la investigación de medicamentos.

“Dado que una gota de agua es unas 100.000 veces más grande que un átomo, obtenemos un modelo de átomo que es visible a simple vista, un ‘átomo óptico’”, dice Javier Marmolejo.

La espectroscopia láser genera datos sobre niveles de energía, enlaces y estructuras en átomos y moléculas. De manera similar, el espectro de la luz dispersada por las gotas de agua genera datos sobre las gotas reales. Esto se puede usar para medir las tasas de evaporación de gotas microscópicas con alta precisión, dicen los investigadores. Este descubrimiento se puede aplicar a líquidos que no sean agua y puede ser útil cuando se estudian gotas de aerosol en inhaladores utilizados para medicamentos, por ejemplo. Los investigadores también señalan que esta tecnología ofrece una nueva forma de analizar la calidad del agua.

“Pequeñas cantidades de contaminantes en el agua cambian la forma en que las gotas destellan, lo que abre la posibilidad de realizar mediciones rápidas y fáciles de contaminantes químicos o biológicos en las gotas de agua”, dice Javier Marmolejo.