MIT creates a 'quantum microscope' that pushes the boundaries of optics/MIT crea un 'microscopio cuántico' que rebasa las fronteras de la óptica
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To understand the significance of this advance, we must first understand the limits of light. A standard optical microscope cannot see objects smaller than half the wavelength of the light it uses. This is known as the Abbe Limit. In a conventional optical microscope, the absolute limit is approximately 200 to 250 nanometers (nm), and if you try to see something smaller (such as a moving atom or electron), the light simply passes through or is scattered.
Para poder entender lo que supone este avance, primero hay que entender cuales son los límites de la luz. Un microscopio óptico normal no puede ver objetos más pequeños que la mitad de la longitud de onda de la luz que usa. Esto se conoce como el Límite de Abbe. En un microscopio óptico convencional, el límite absoluto es de aproximadamente 200 a 250 nanómetros (nm) y si intentas ver algo más pequeño (como un átomo o un electrón en movimiento), la luz simplemente "pasa de largo" o se difumina.
This is because light behaves like a wave. When light passes through a lens, it diffracts (scatters). If you try to observe two points that are closer than 200 nm to each other, their diffraction patterns overlap so much that the eye (or camera) sees them as a single blur. To give you an idea of where each technique stands, with optical microscopy, the smallest we can observe are bacteria with an average size of about 2,000 nm. Super-resolution techniques, such as electron and scanning tunneling microscopes, often require staining the sample with fluorescent dyes, which are frequently toxic or distort what you are seeing.
Esto se debe a que la luz se comporta como una onda. Cuando la luz pasa por una lente, se difracta (se dispersa). Si intentas observar dos puntos que están más cerca de 200 nm entre sí, sus patrones de difracción se solapan tanto que el ojo (o la cámara) los ve como un solo borrón. Para hacernos una idea de dónde se sitúa cada técnica, con la microscopía óptica lo más que podemos llegar a observar son bacterias que tienen un tamaño medio de unos 2.000 nm. Existen técnicas de super-resolución como los microscopios electrónicos y de efecto túnel suelen requerir teñir la muestra con colorantes fluorescentes que a menudo son tóxicos o alteran lo que estás viendo.
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The quantum microscope developed by MIT (Massachusetts Institute of Technology) aims to achieve nanometer or even picometer-scale resolutions (a thousand times smaller than a nanometer) without the need for dyes. It directly observes the interaction of "compressed" light or electrons with matter, allowing scientists to "see" where light, due to pure physics, should not be able to reach. Two major milestones are the terahertz microscope and the resolved atom microscope.
El microscopio cuántico desarrollado por el MIT (Massachusetts Institute of Technology) intenta alcanzar resoluciones de escala nanométrica o incluso picométrica (mil veces más pequeño que un nano) sin necesidad de colorantes, observando directamente la interacción de la luz "comprimida" o de los electrones con la materia, lo que permite "ver" donde la luz, por pura física, no debería poder llegar. Principalmente, hablamos de dos grandes hitos: "el microscopio de terahercios" y la "microscopía de átomos resueltos".
Terahertz radiation lies between microwaves and infrared. Its long wavelength would theoretically result in terrible resolution; however, MIT has managed to "compress" it using spintronic emitters (which use the electron's spin, not just its charge). By placing the sample extremely close to the emitter, they "trap" the light before it propagates and scatters. It's like trying to paint a miniature with a thick brush—you usually can't—but if you force the bristles through a microscopic hole just before they touch the canvas, you can achieve a fine brushstroke.
La radiación de terahercios está entre las microondas y el infrarrojo. Su longitud de onda es larga, lo que en teoría daría una resolución pésima, sin embargo el MIT ha logrado "comprimirla", utilizando emisores espintrónicos (que usan el giro del electrón, no solo su carga). Al colocar la muestra extremadamente cerca del emisor, "atrapan" la luz antes de que se propague y se disperse. Es como intentar pintar una miniatura con un pincel gordo, normalmente no puedes, pero si obligas a las cerdas a pasar por un agujero microscópico justo antes de tocar el lienzo, consigues un trazo fino.
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As for "frozen" atom microscopy, this advance allows scientists to see individual atoms interacting freely, something that quantum mechanics usually obscures behind the Uncertainty Principle. The process is carried out in three steps. First, they keep a cloud of ultracold atoms floating, allowing them to collide and interact naturally. Suddenly, they activate an optical lattice (light grid) that locks the atoms into their exact positions in a fraction of a second. Finally, a laser makes them glow so that a high-resolution camera can photograph them one by one.
En cuanto a la microscopía de átomos "congelados", este avance permite ver átomos individuales interactuando libremente, algo que la mecánica cuántica suele ocultar tras el Principio de Incertidumbre. El proceso se realiza en 3 pasos. Primero mantienen una nube de átomos ultrafríos flotando, permitiéndoles chocar e interactuar de forma natural. De golpe, activan una retícula óptica (red de luz) que bloquea a los átomos en su posición exacta en una fracción de segundo. Finalmente, un láser los hace brillar para que una cámara de alta resolución pueda fotografiarlos uno a uno.
I suppose you're thinking this is all very interesting, but what the heck is it good for us mere mortals? Well, with these microscopes, for example, we can see exactly how lithium ions move and where they get "stuck" in the batteries we use every day. This would allow us to improve battery technology to the point where we could have cell phones that charge in 2 minutes or electric car batteries that last 20 years instead of 8. It will also be possible to manufacture medical sensors so sensitive that they can detect a disease before symptoms appear.
Supongo que estaréis pensando que esto es muy bonito pero, ¿para que coño nos sirve a los mortales? Pues con estos microscopios por ejemplo, podemos ver exactamente cómo se mueven los iones de litio y dónde se "atascan" en las baterías que utilizamos diariamente. Esto permitiría mejorar la tecnología de las baterías hasta poder tener móviles que se cargan en 2 minutos o baterías de coches eléctricos que duran 20 años en lugar de 8. También se podrán fabricar sensores médicos tan sensibles que detectan una enfermedad antes de que haya síntomas.
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https://news.mit.edu/2026/terahertz-microscope-reveals-motion-superconducting-electrons-0204