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El misterio de la física cuántica: ¿Cómo nos permite la excitación de dos fotones explorar el interior de las moléculas?
En el campo de la física cuántica, la absorción de dos fotones (TPA) es un fenómeno fascinante que permite a los científicos observar y estudiar la estructura interna y el comportamiento de las moléculas de formas completamente nuevas. En términos simples, la absorción de dos fotones es el proceso en el que dos fotones (de la misma o de diferentes frecuencias) se absorben simultáneamente para excitar un átomo o una molécula, elevando su estado energético a un estado electrónico excitado más alto. Este proceso nos permite explorar las propiedades de las moléculas de forma no destructiva y sin causarles daños.
Lo sorprendente de la absorción de dos fotones es que su probabilidad es proporcional al cuadrado de la intensidad de la luz, lo que hace necesario utilizar láseres de alta intensidad para estudiar este fenómeno.
La absorción de dos fotones fue predicha por primera vez por Maria Goeppert-Mayr en 1931 y verificada experimentalmente 30 años después con la llegada de la tecnología láser. La fluorescencia excitada por dos fotones se observó por primera vez en un cristal dopado con platino y posteriormente en semiconductores de vapor de sodio y sulfuro de cadmio. Estos descubrimientos iniciales sentaron las bases para el desarrollo de la tecnología de dos fotones, que ha dado lugar a muchas aplicaciones, incluidas la obtención de imágenes biomédicas y la ciencia de los materiales.
Principios básicos de la absorción de dos fotones
En la absorción de dos fotones, la molécula de luz transfiere energía a través de un nivel de energía virtual, lo que significa que no depende de un estado electrónico intermedio para absorber el fotón. En este proceso, la energía de los fotones debe ser suficiente para impulsar la molécula desde el estado fundamental al estado excitado, y este proceso se considera no lineal porque requiere que dos fotones lleguen a la misma posición molecular al mismo tiempo para cada uno. absorción para interactuar.
A través del proceso de absorción de dos fotones, podemos explorar la estructura de las moléculas e incluso obtener imágenes de ellas bajo un microscopio, lo que tiene un gran potencial en la investigación biológica y química.
Aplicación en experimentos
La tecnología de excitación de dos fotones se utiliza ampliamente en los campos de la imagenología biológica y la ciencia de los materiales, y es bien conocida por su capacidad para observar comportamientos celulares y moleculares con alta resolución. Al mismo tiempo, debido a su bajo daño a las muestras, los científicos pueden realizar experimentos dinámicos a través de la observación a largo plazo. La configuración experimental más común para esta técnica utiliza un láser pulsado, como un oscilador paramétrico óptico bombeado por un diodo láser o Nd:YAG de frecuencia duplicada.
Reglas de selección y técnicas de mediciónLas reglas de selección para la absorción de dos fotones son completamente diferentes a las de la absorción de un solo fotón, y hay muchas maneras de medirla, incluida la fluorescencia de dos fotones, el enfoque automático, el escaneo z y otras técnicas. Lo fundamental de estos métodos es determinar cuántos fotones absorbe una muestra y cómo la estructura de una molécula afecta sus propiedades de absorción.
Estos experimentos no sólo promovieron la investigación científica básica, sino que también aportaron innovaciones en ingeniería y tecnología, convirtiéndose en una herramienta importante para explorar las propiedades de los materiales.
Desafíos y perspectivas futuras
Aunque se han logrado avances significativos en la investigación de la tecnología de absorción de dos fotones, aún enfrenta muchos desafíos. Por un lado, cómo controlar con precisión la energía y la intensidad de los fotones en diferentes entornos para obtener el efecto de excitación deseado sigue siendo una tecnología en la que es necesario profundizar; por otro lado, también es necesario profundizar en la sensibilidad a las fugas y al ruido. mejorado para reducir la interferencia en aplicaciones más prácticas.
En resumen, la tecnología de excitación de dos fotones no sólo es un avance científico, sino que también nos obliga a repensar la naturaleza de las moléculas y nuestra comprensión del mundo microscópico. A medida que este campo continúa desarrollándose, ¿qué nuevos descubrimientos y posibilidades nos esperarán para explorar en el futuro?
