Un rayo tractor es un dispositivo capaz de atraer un objeto hacia otro a lo largo de cierta distancia. Un término nacido en la ciencia ficción (popularizado por Star Trek) que es una realidad gracias a la ingeniería de haces láser. El uso de un perfil de intensidad de tipo Bessel o de tipo Laguerre-Gauss permite transferir energía a una micropartícula permitiendo su manipulación mecánica a escala micrométrica. Ya se logró en el año 2010, pero sigue habiendo avances.

El español Manuel Nieto-Vesperinas (ICM, CSIC, Madrid) y varios colegas estudian mediante simulaciones por ordenador el uso de parejas de haces de Bessel de alto orden para manipular de forma continua el movimiento en tres dimensiones de pequeñas partículas sumergidas en un líquido. Las partículas pueden levitar, moverse en línea recta, rotar de forma controlada y quedar atrapadas en función de cómo se varíe la intensidad de ambos haces de Bessel. Un trabajo muy interesante que llevará a su demostración experimental en poco tiempo.

El artículo es Md. Masudur Rahman et al., «Material Independent Long Distance Pulling, Trapping, and Rotation of Fully Immersed Multiple Objects with a Single Optical Set-up,» arXiv:1504.00638 [physics.optics], e incluye dos vídeos youtube ilustrativos.

Un haz de luz es un conjunto de rayos que presenta una distribución espacial de intensidad en un plano transversal a la dirección de propagación. Correspoden a soluciones de las ecuaciones de Maxwell del campo electromagnético descritas en la aproximación paraxial (que asume que el campo varía poco en la dirección transversal comparado con la dirección longitudinal de propagación). Se describen por la ecuación de Helmholtz, siendo los haces de tipo Bessel su solución en coordenadas circulares.

El nuevo artículo propone usar haces de Bessel, tanto TE como TM, con modos altos, como los ilustrados en estas figuras, para la manipulación simultánea de varias micropartículas. Los haces de Bessel son haces invariantes, que no cambian su perfil de intensidad radial durante su propagación. No se trata de una curiosidad teórica, hoy en día se puede generar en laboratorio toda una amplia gama de haces láser que se diferencian en sus perfiles de intensidad; además de los haces Bessel se generan fácilmente haces gaussianos, Laguerre-Gauss, Hermite-Gauss, etc.

El nuevo artículo propone manipular partículas en suspensión en un líquido. Una pareja de haces de Bessel se hace incidir sobre la superficie del líquido (interfaz aire-líquido) y se aprovechan los haces transmitidos. Como ilustra la figura que abre esta entrada, la región de levitación y control de las micropartículas se encuentra en el punto de intersección de los haces transmitidos. Sin entrar en más detalles técnicos, recomiendo ver los dos siguientes vídeos desarrollados por los propios autores.

En resumen, recomiendo ver los dos vídeos de los autores en los que explican su trabajo. El rayo tractor de Star Trek cada día está más cerca. Sin lugar a dudas la ciencia ficción inspira el trabajo de muchos científicos.