La metrología en el interior de las células

Físicos de la Universidad Autónoma de Barcelona han conseguido la “fórmula” para construir un termómetro cuántico a escala manométrica. Su precisión sería tan alta que permitiría detectar fluctuaciones ínfimas de la temperatura en zonas tan pequeñas como el interior de las células o en diminutos circuitos electrónicos. Los investigadores establecen cuál es la fluctuación más pequeña de la temperatura que se puede llegar a medir con esa total precisión.

Investigadores del Departamento de Física de la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB) y de la Universidad de Nottingham (Reino Unido) establecieron en un artículo publicado en la revista Physical Review Letters: “Recipe for a Quantum Thermometer” los límites de la Termometría, es decir, cuál es la fluctuación más pequeña de la temperatura que se podría llegar a medir. 

El objetivo de la investigación era delimitar una estructura cuántica capaz de medir temperaturas. De acuerdo a los científicos, sólo un puñado de átomos son suficientes para actuar como termómetro midiendo el movimiento de otros átomos.

Figura1: El termómetro cuántico ayudará a medir con más precisión las temperaturas dentro de las células.

“Lo que hicimos fue delimitar la caracterización de unas sondas que estimen la temperatura con una precisión máxima, así como el margen de error que acompañaría a cada medición de la temperatura”, dijo Geraldo Adesso, de la Universidadad de Nottingham.

“Para ello, hemos combinado herramientas de termodinámica y metrología cuántica que estudian los movimientos ultra precisos de los sistemas cuánticos. Hemos encontrado relaciones muy hermosas y llenas de significado entre los dos campos”, agregó.

Los autores han estudiado cuál sería la sensibilidad de termómetros hechos de un puñado de átomos, lo suficientemente pequeños como para exhibir comportamientos típicamente cuánticos. De hecho, plantean el mejor termómetro a nanoescala que permiten las leyes de la física.

Los investigadores han caracterizado en detalle este tipo de sondas térmicas, unos dispositivos que proporcionarían una estimación de la temperatura con una precisión sin precedentes. Para ello, han combinado las herramientas de la termodinámica y de la metrología cuántica, que trata de las medidas ultraprecisas en sistemas cuánticos.

Los físicos han buscado cuál sería la precisión máxima que se podría conseguir en una situación real, en la que el tiempo para medir podría ser muy breve debido a limitaciones experimentales inevitables. En la investigación también han observado que estos termómetros podrían mantener una sensibilidad constante en un amplio rango de temperaturas, a cambio de sacrificar parte de esta precisión.

Futuras aplicaciones en células y nanocircuitos

Para los autores de la investigación "conseguir un nanotermómetro suficientemente sensible a esta escala representaría un gran paso para la nanotecnología, con aplicaciones en biología, química, física, e incluso, en el diagnóstico y el tratamiento de enfermedades". Los resultados pueden ayudar a los científicos a empujar  los límites de la tecnología para poder medir dentro de las células o en circuitos electrónicos diminutos.

En el estudio participaron los investigadores del Departamento de Física de la UAB Luis A. Correa, autor principal, y Mohamed Mehboudi; la investigadora ICREA en el mismo departamento, Anna Sanpera; y el investigador de la Universidad de Nottingham Gerardo Adesso.

BIBLIOGRAFÍA:

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