Les scientifiques de la TU Wien, l'Université d'Innsbruck et l'ÖAW ont pour la première fois démontré un effet d'onde pouvant conduire à des erreurs de mesure dans l'estimation de la position optique des objets. L'ouvrage aujourd'hui publié dans Physique de la nature pourrait avoir des conséquences pour la microscopie optique et l'astronomie optique, mais pourrait aussi jouer un rôle dans les mesures de position par le son, radar, ou des ondes gravitationnelles.

Avec des techniques d'imagerie optique modernes, la position des objets peut être mesurée avec une précision qui atteint quelques nanomètres. Ces techniques sont utilisées en laboratoire, par exemple, pour déterminer la position des atomes dans les expériences quantiques.

"Nous voulons connaître très précisément la position de nos bits quantiques pour pouvoir les manipuler et les mesurer avec des faisceaux laser, " explique Gabriel Araneda du Département de physique expérimentale de l'Université d'Innsbruck.

Un travail collaboratif entre les physiciens de la TU Wien, Vienne, dirigé par le professeur Arno Rauschenbeutel, et des chercheurs de l'Université d'Innsbruck et de l'Institut d'optique quantique et d'information quantique, dirigé par Rainer Blatt, a maintenant démontré qu'une erreur systématique peut se produire lors de la détermination de la position des particules qui émettent une lumière polarisée elliptiquement.

"La polarisation elliptique fait que les fronts d'onde de la lumière ont une forme en spirale et frappent l'optique d'imagerie sous un léger angle. Cela donne l'impression que la source de lumière est quelque peu hors de sa position réelle, " explique Yves Colombe de l'équipe de Rainer Blatt.

Cela peut être pertinent, par exemple, en recherche biomédicale, où des protéines ou des nanoparticules lumineuses sont utilisées comme marqueurs pour déterminer les structures biologiques. L'effet qui a maintenant été prouvé conduirait peut-être à une image déformée des structures réelles.

N'importe quel type de vagues pourrait montrer ce comportement

Il y a plus de 80 ans, le physicien Charles G. Darwin, petit-fils du naturaliste britannique Charles Darwin, prédit cet effet. Depuis cette époque, plusieurs études théoriques ont étayé sa prédiction. Maintenant, il a été possible pour la première fois de prouver clairement l'effet de vague dans des expériences, et ceci deux fois :A l'Université d'Innsbruck, les physiciens déterminés, par émission de photons uniques, la position d'un seul atome de baryum piégé dans un piège à ions. Les physiciens de l'Atominstitut de TU Wien (Vienne) ont déterminé la position d'une petite sphère d'or, environ 100 nanomètres de taille, en analysant sa lumière diffusée. Dans les deux cas, il y avait une différence entre la position observée et la position réelle de la particule.

"L'écart est de l'ordre de la longueur d'onde de la lumière et peut s'ajouter à une erreur de mesure considérable dans de nombreuses applications, " explique Stefan Walser de l'équipe d'Arno Rauschenbeutel. " Microscopie optique super-résolution, par exemple, a déjà pénétré loin dans le domaine nanométrique, alors que cet effet peut conduire à des erreurs de plusieurs centaines de nanomètres."

Les scientifiques pensent qu'il est très probable que cette erreur systématique fondamentale jouera également un rôle dans ces applications, mais cela doit encore être prouvé dans des études distinctes. Les chercheurs supposent également que cet effet ne sera pas seulement observé avec des sources lumineuses, mais que les mesures radar ou sonar, par exemple, pourrait également être touché. L'effet pourrait même jouer un rôle dans de futures applications pour l'estimation de la position d'objets astronomiques en utilisant leur émission d'ondes gravitationnelles.