Une goutte d'eau illuminée crée un "atome optique".
Ces résultats ouvrent la possibilité de mesurer rapidement et facilement les contaminants chimiques ou biologiques dans les gouttelettes d'eau
Faire briller de la lumière sur une gouttelette d'eau crée des effets analogues à ceux qui se produisent dans un atome. Cela peut nous aider à comprendre le fonctionnement des atomes, écrivent des chercheurs de l'université de Göteborg dans un nouvel article de revue.
Lorsqu'un faisceau de lumière est projeté dans une gouttelette d'eau, la lumière est piégée à l'intérieur de la gouttelette.
Javier Tello Marmolejo
Si vous chuchotez près d'un mur du dôme de la cathédrale Saint-Paul à Londres, vous découvrirez que le son rebondit sur les murs du dôme tout autour et est audible du côté opposé. C'est pourquoi le dôme de la cathédrale a été surnommé "la galerie des chuchotements".
Le même effet est obtenu lorsqu'un faisceau de lumière est projeté sur une goutte d'eau. Les rayons de lumière rebondissent sur la paroi interne de la goutte d'eau encore et encore, tournant autour et autour de l'intérieur de la goutte. Lorsque sa circonférence est un multiple de la longueur d'onde de la lumière, un phénomène de résonance se produit, tout comme le son à l'intérieur du dôme de la cathédrale, rendant la gouttelette plus brillante.
La gouttelette clignote
"Dans nos expériences avec la lumière laser, nous avons pu constater que la lumière est piégée à l'intérieur de la goutte d'eau. Lorsque la gouttelette se rétrécit en raison de l'évaporation, elle semble clignoter chaque fois que sa taille est adéquate pour créer le phénomène de résonance", explique Javier Marmolejo, doctorant en physique à l'université de Göteborg, qui est le principal auteur d'une nouvelle étude publiée dans Physical Review Letters.
Grâce à une technique de pinces optiques récompensée par le prix Nobel, les chercheurs peuvent piéger une goutte d'eau à l'aide de faisceaux laser qui la ciblent depuis deux directions. Le faisceau laser est réfracté dans la goutte d'eau et se disperse, piégeant la lumière à l'intérieur.
Vous ne pouvez pas changer la taille du dôme de la cathédrale Saint-Paul, mais une goutte d'eau change de taille lorsqu'elle s'évapore. Les chercheurs ont ensuite découvert que la gouttelette clignotait d'une manière similaire à ce qui se produit lorsqu'un électron est émis par un atome lorsqu'il est éclairé par une lumière de différentes longueurs d'onde. Ils ont également pu utiliser une analogie avec la mécanique quantique pour expliquer comment les résonances - la taille de la gouttelette lorsque la diffusion est la plus forte - correspondent aux niveaux d'énergie d'un atome. La gouttelette est donc un modèle d'atome, avec en prime la possibilité de faire varier sa taille. Elle permet de mieux comprendre comment la lumière se diffuse tout en servant de modèle pour comprendre le fonctionnement des atomes.
Utile pour la recherche sur les médicaments
"Comme une gouttelette d'eau est environ 100 000 fois plus grande qu'un atome, nous obtenons un modèle d'atome visible à l'œil nu, un 'atome optique'", explique Javier Marmolejo.
La spectroscopie laser génère des données sur les niveaux d'énergie, les liaisons et les structures des atomes et des molécules. De même, le spectre de la lumière diffusée par les gouttelettes d'eau génère des données sur les gouttelettes elles-mêmes. Selon les chercheurs, ces données peuvent être utilisées pour mesurer les taux d'évaporation de gouttelettes microscopiques avec une grande précision. Cette découverte peut être appliquée à d'autres liquides que l'eau et pourrait être utile pour étudier les gouttelettes d'aérosol dans les inhalateurs utilisés pour les médicaments, par exemple. Les chercheurs notent également que cette technologie offre un nouveau moyen d'analyser la qualité de l'eau.
"De petites quantités de polluants dans l'eau modifient la façon dont les gouttelettes clignotent, ce qui ouvre la possibilité de mesurer rapidement et facilement les polluants chimiques ou biologiques dans les gouttelettes d'eau", explique Javier Marmolejo.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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