Luz con campos longitudinales

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En una colaboración teórico-experimental, Guillermo F. Quinteiro experto en temas de materia condensada junto a Christian Schmiegelow, físico experimental del Laboratorio de iones y átomos fríos; y al investigador alemán Ferdinand Schmidt-Kaler recibieron un Editors´ Suggestion en la revista Physical Review Letters. La publicación resalta el rol determinante que tienen los campos longitudinales en la interacción entre vórtices ópticos y un ion.

“Compartimos el interés en óptica singular, que es el estudio de la luz con estructura espacial, es decir, haces espacialmente complejos. A partir de una investigación muy relevante que ellos hicieron en Alemania, y desde áreas diferentes pudimos entender juntos todos los resultados que habían obtenido. Cuando Christian regresó a Argentina al finalizar su postdoctorado, pudimos darle una respuesta completa al experimento”, explica Quinteiro.

Un ion “atrapado” en el laboratorio, al que iluminaron con luz estructurada y mediante el cual pudieron mostrar cómo los estados electrónicos cambiaban gracias a la interacción con los fotones, dieron origen a la colaboración. Esa interacción entre luz y materia producía cambios electrónicos inesperados en el ion que pudieron explicarse de manera cuantitativa recientemente.

Por otro lado, Quinteiro considera que la publicación implica revisar algunos conceptos que se dan en todas las aulas: “Comúnmente, en la carrera de física nos enseñan que la luz se propaga en el espacio en una dirección dada. Y que sus campos eléctricos y magnéticos son vectores que se consideran perpendiculares a esa dirección de propagación. Esta pintura es una aproximación que se llama "paraxial", suele explicar muy bien numerosos fenómenos en óptica. Sin embargo, nosotros pudimos demostrar que esta aproximación tiene sus limitaciones para describir la interacción de la luz con un ion”.

Si graficamos la luz, por ejemplo, como si fuera una sábana estirada que se mueve como un frente homogéneo lo hacemos en términos de una onda plana. Pero la luz tiene estructura espacial, no es homogénea en ese plano aunque siga una dirección de propagación, una línea preferencial: “El vórtice óptico tiene lo que se llama la singularidad sobre el eje, una línea donde no pueden definirse algunas propiedades. Este tipo de luz estructurada es espacialmente inhomogénea y tiene una singularidad de fase que está relacionada con el momento angular orbital y con la torsión de la luz”.

Los vórtices ópticos tienen un momento angular orbital, es decir, poseen un valor expresado en un número entero que puede controlarse y eso es potencialmente importante en aplicaciones como tecnologías de información cuántica, nanofotónica y espintrónica. En este sentido, “así como los campos magnéticos pueden ser muy intensos, los campos longitudinales son especialmente importantes en óptica singular y es importante prestarles atención, porque van a jugar un papel relevante en muchas de las aplicaciones donde se utilice luz estructurada y materia”, concluye el investigador.

Guillermo F. Quinteiro formó, junto a otros investigadores, un nuevo grupo de estudio sobre el tema e invita a sus colegas y a estudiantes de doctorado interesados a sumarse a las reuniones del grupo de óptica singular.

Twisted-Light–Ion Interaction: The Role of Longitudinal Fields

DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.119.253203

De Virgilio a Feymann, la mínima acción

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En un coloquio extraordinario del DF, el físico Alberto Rojo contó la investigación detrás de su nuevo libro, El principio de mínima acción. Historia y física. El trabajo fue escrito junto con el matemático Anthony Bloch durante varios años y saldrá al mercado el próximo enero. “Es un libro de divulgación para pares, con pornografía matemática explícita”, bromea.

Rojo se doctoró en el Instituto Balseiro, además es es escritor, popularizador de las ciencias y músico:  “Es un tributo a mi viejo que era filósofo y le gustaba leer sobre física. Él tenía en su biblioteca el libroPrincipia de Newton,  yo una vez quise leerlo pero mi padre me dijo que no se entendía, que tenía una geometría muy fea. Eso quedó en mí como un desafío, por lo que me di el gusto de escribir un capítulo sobre el Pincipia, una especie de visita guiada sobre cómo Newton deduce que las órbitas son elípticas y a partir de eso cómo la fuerza va como la inversa del cuadrado de la distancia”.

Después de reeditar tres veces Borges y la física cuántica, el autor cuenta cómo fue esta nueva experiencia editorial compartida con Blosch. El disparador parece ser la famosa frase de Aristóteles,  la naturaleza no hace nada en vano. “A la largo de la historia de la física muchos asemejan esta idea con la de que la naturaleza optimiza, sus caminos, relata Rojo y confiesa: “yo traté, casi en vano, de descifrar en qué momento ocurre el salto entre la idea en los Tratados griegos hacia la idea del mínimo, pero no está muy claro cuándo sucede”.

Durante una hora y media Alberto Rojo relató cómo buscó las fuentes bibliográficas, los escritos, las cartas y los papers sobre la mínima acción. En el libro las historias se van sucediendo unas a otras, desde la Antigüedad hasta el surgimiento de la mecánica cuántica. Así, en lo que él llama la prehistoria del asunto -matemáticamente hablando- está la leyenda de la reina Dido en La Eneida. Esta mujer que funda Cartago debe ocupar la mayor área posible, señalando el límite de su territorio con tiras de cuero taurino. Lo hace marcando un perímetro fijo en forma de círculo.

“Muchas de las ideas sobre el principio de mínima acción son desarrolladas antes del cálculo diferencial, como las demostraciones de Zenodoro al discretizar figuras geométricas; o cuando Herón de Alejandría quiere conocer cuál es el camino que sigue un rayo de luz al reflejarse en un espejo; así como Galileo Galilei en 1638 cuando discute la caída de los cuerpos por un plano inclinado con un experimento musical y teóricamente se apoya en la simplicidad para explicar la aceleración uniforme”, enumera el físico.

Según los autores esta historia tiene un personaje central y ese es Pierre Louis Maupertuis: “aunque nadie conozca muy bien de dónde sacó sus ideas respecto de la mínima acción” -aclara Rojo- el francés afirmó que la naturaleza en la producción de sus efectos lo hace siempre por los medios más simples. “Cuando uno lee a Schrödinger o a de Broglie advierte que se apoyan mucho en Maupertuis, citan el principio de mínima acción, la analogía óptico-mecánica, el isomorfismo entre las trayectorias, es decir, que es una idea que estaba muy viva para ellos”, ilustra.

Por último, el libro llega al siglo XX:  “Richard Feynman generaliza la idea de mínima acción en términos de caminos, se puede interpretar que en física cuántica una partícula sigue todos los caminos posibles para ir de un punto a otro”, sintetiza Rojo.

Enlace al video de la charla

Investigadores del DF en los trabajos Top-10 de Physics World

Cada año, la revista Physics World recapitula los grandes avances en Física en un ránking mundial. Este top-10 incluye investigaciones publicadas en diferentes sitios de alto impacto entre los potenciales lectores. Los criterios de selección fueron la su importancia fundamental en el conocimiento, la conexión estrecha entre teoría y experimentación y el interés general para toda la comunidad física internacional.

Entre las investigaciones destacadas está la colaboración en la que participó Fernando Stefani, docente del Departamento de Física e investigador del CIBION-CONICET por el método de super-resolución llamado MINFLUX, que permite localizar moléculas y seguirlas usando una mínima cantidad de fotones. Esta investigación es producto de la colaboración con el Premio Nobel Stefan Hell y el argentino Francisco Balzarotti.

Otro de los trabajos consagrados es la colaboración científica en en el Observatorio Pierre Auger, en Mendoza, en la cual partiparon los docentes investigadores del DF Ricardo Piegaia, Sergio Dasso, Juan José Masías Meza y Agustín Pieroni entre los casi 500 científicos que confirmaron cómo los rayos cósmicos de alta energía se originan fuera de galaxia que habitamos.

Enlaces de interés

http://ow.ly/BByW30h9uyF http://bit.ly/2AOrZL8
http://bit.ly/2jTJ8Mb

Nanoandes 2017

Cincuenta y un estudiantes de toda Latinoamerica participaron de la séptima edición de las escuelas Nanoandes, en esta ocasión dedicada a “Nanomateriales aplicados a energía y salud”. La escuela organizada por primera vez en nuestro país se llevo a cabo en Exactas a fines del mes pasado y fue organizada en el marco de una red franco-latinoamericana.

Los cursos abordaron temas que van desde el diseño y fabricación de materiales para aplicaciones especificas como sus técnicas de caracterización e investigación y aplicaciones. Expertos involucrados en los desarrollos tecnológicos actuales en diagnóstico y tratamiento de enfermedades, así como en el área de energías renovables – baterías de litio, solar y celdas solidas de combustible- desde la nanotecnología, dictaron las ultimas clases de la escuela. Además de los cursos teóricos, se llevaron a cabo más de dieciocho prácticas a lo largo de la semana en aulas y laboratorios de los pabellones I y II de Ciudad Universitaria y del Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia (CNEA-CONICET). Participaron en el dictado de los cursos, colegas de la Facultad, profesores franceses y de otros países de la región. Gracias al financiamiento del CELFI – Datos y de la Fundación Puya de Francia fue posible becar la asistencia y participación de alumnos chilenos, brasileros, argentinos, cubanos, costaricenes, ecuatorianos, colombianos, peruanos, mexicanos y venezolanos.