Posgrado
  1. Mecánica clásica  1.1. Cinemática Avanzada  1.1.1. Sistemas de coordenadas generalizados  1.1.2. Ecuaciones paramétricas del movimiento  1.1.3. Marcos no inerciales y fuerzas ficticias  1.1.4. Formulación covariante del momentum  1.1.5. Variable acción-ángulo  1.2. Mecánica lagrangiana y hamiltoniana  1.2.1. Principio de mínima acción  1.2.2. Ecuaciones de Euler-Lagrange  1.2.3. El teorema de Noether y las leyes de conservación  1.2.4. Velocidad Normalizada  1.2.5. Conversión canónica  1.2.6. El corchete de Poisson y la teoría de Hamilton–Jacobi  1.2.7. Caos hamiltoniano e integrabilidad  1.3. Movilidad de cuerpo rígido  1.3.1. Ecuaciones de movimiento de Euler  1.3.2. Momentos principales de inercia  1.3.3. Movimiento giroscópico y precesión  1.3.4. Tensor de inercia  1.3.5. Estabilidad de la velocidad de rotación  1.4. Dinámica no lineal y caos  1.4.1. Análisis de espacio de fases y estabilidad  1.4.2. Secciones de Poincaré y teoría de bifurcaciones  1.4.3. Atractores Extraños y Fractales  1.4.4. Exponente de Lyapunov  1.4.5. Teorema KAM y movimiento cuasiperiódico
  2. Electromagnetismo  2.1. Electrodinámica Avanzada  2.1.1. Función de Green y teoría del potencial  2.1.2. Expansión multipolar  2.1.3. Método de carga de imagen  2.1.4. Condiciones de contorno y teorema de unicidad  2.2. Propagación de ondas electromagnéticas  2.2.1. Plane waves in dielectrics and conductors  2.2.2. Guías de ondas y resonadores de cavidad  2.2.3. Presión de radiación y pinzas ópticas  2.2.4. Polarización y cálculo de Jones  2.3. Electrodinámica relativista  2.3.1. Formulación covariante de la electrodinámica  2.3.2. Potenciales de Liénard–Wiechert  2.3.3. Radiación sincrotrón y bremsstrahlung  2.3.4. Tensor de campo electromagnético y transformaciones de Lorentz  2.4. Física del plasma  2.4.1. Magnetohidrodinámica  2.4.2. Pantalla de Debye y oscilaciones de plasma  2.4.3. Ondas de Alfvén y confinamiento en tokamak  2.4.4. Inestabilidades y turbulencias de plasma
  3. Mecánica estadística y termodinámica  3.1. Termodinámica Avanzada  3.1.1. Transformadas de Legendre y potenciales termodinámicos  3.1.2. Teorema de fluctuación-disipación  3.1.3. Relaciones interpersonales de Onsager  3.1.4. Eventos críticos y transiciones de fase  3.2. Mecánica estadística cuántica  3.2.1. La matriz densidad y la teoría de ensambles  3.2.2. Condensados de Bose–Einstein  3.2.3. Transición de fase cuántica  3.2.4. Estadísticas de Fermi-Dirac y Bose-Einstein  3.2.5. Funciones de partición y conjuntos canónicos grandes
  4. Quantum mechanics  4.1. Mecánica de ondas avanzada  4.1.1. Aproximación WKB  4.1.2. Formulación de integral de camino  4.1.3. Oscilador armónico cuántico y estados coherentes  4.2. Momento angular y espín  4.2.1. Armónicos Esféricos  4.2.2. Coeficiente de Clebsch–Gordan  4.2.3. Teorema de Wigner–Eckart  4.2.4. Acoplamiento espín-órbita  4.3. Teoría cuántica de dispersión  4.3.1. Aproximación de Born  4.3.2. Análisis de ondas parciales  4.3.3. Teorema Óptico  4.3.4. Teoría de la matriz S  4.4. Teoría cuántica de campos  4.4.1. Segunda Cuantización  4.4.2. Diagramas de Feynman y propagadores  4.4.3. Teoría de la Renormalización  4.4.4. Teoría de gauge y campos de Yang-Mills  4.4.5. Ruptura espontánea de simetría y el mecanismo de Higgs
  5. General relativity and cosmology  5.1. Cálculo tensorial y geometría diferencial  5.1.1. Ecuaciones de campo de Einstein  5.1.2. Métricas de Schwarzschild y Kerr  5.1.3. Geodésicas y símbolos de Christoffel  5.2. Cosmología y el Universo  5.2.1. La métrica FLRW y la inflación cósmica  5.2.2. Energía oscura y formación de estructuras  5.2.3. Radiación cósmica de fondo de microondas
  6. Física de la materia condensada  6.1. Estructura de bandas y teoría de transporte  6.1.1. Teorema de Bloch y el modelo de Kronig–Penney  6.1.2. Topología de la superficie de Fermi  6.1.3. Efecto Hall Cuántico  6.2. Superconductividad  6.2.1. Teoría BCS y pares de Cooper  6.2.2. Efecto Meissner y cuantización del flujo  6.2.3. El Efecto Josephson y los SQUIDs  6.3. Fases topológicas de la materia  6.3.1. Aislantes Topológicos  6.3.2. Fermiones de Majorana en fases topológicas de la materia
  7. Física Nuclear y de Partículas  7.1. Cromodinámica Cuántica (QCD)  7.1.1. Plasma de quarks y gluones  7.1.2. Libertad asintótica  7.1.3. Confinamiento y hadronización  7.2. Más allá del Modelo Estándar  7.2.1. Teorías de la Gran Unificación  7.2.2. Supersimetría y dimensiones extra  7.2.3. Oscilaciones de neutrinos

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Presión de radiación y pinzas ópticas


Los conceptos de presión de radiación y pinzas ópticas son temas fascinantes en el campo del electromagnetismo, que involucra la manipulación y comprensión de las ondas electromagnéticas. Estos conceptos tienen aplicaciones importantes en física, biología e ingeniería, especialmente en la manipulación de pequeñas partículas como átomos, moléculas e incluso células.

Presión de radiación

La presión de radiación se refiere a la presión ejercida sobre una superficie por la radiación electromagnética. El concepto surge de la transferencia de momento de las partículas fundamentales de la luz, los fotones, a la superficie que golpean. Cuando los fotones golpean una superficie, pueden transferir momento, ejerciendo una pequeña fuerza. Este efecto generalmente es muy débil, pero es medible e importante en una variedad de contextos, desde velas solares hasta atrapamiento óptico en la exploración espacial.

Entendiendo la transferencia de momento

Los fotones, a pesar de no tener masa, tienen momento, que se da por la siguiente relación:

p = frac{E}{c}

donde p es el momento, E es la energía del fotón, y c es la velocidad de la luz en el vacío.

Cuando los fotones son absorbidos o reflejados por una superficie, el cambio en el momento aparece como una fuerza. Para una superficie perfectamente reflectante, el cambio de momento es el doble que para una superficie absorbente. La presión de radiación P se da por:

P = frac{I}{c}

Para una superficie perfectamente absorbente, y

P = frac{2I}{c}

Para una superficie perfectamente reflectante. Aquí, I es la intensidad de la onda electromagnética.

Velas solares y exploración espacial

Una aplicación importante de la presión de radiación es en las velas solares utilizadas para la propulsión espacial. Al desplegar grandes velas reflectantes en el espacio, las naves espaciales pueden utilizar la presión de radiación de la luz solar para impulsarse sin combustible convencional. Este uso de la presión de la luz para la propulsión demuestra una nueva aplicación en la exploración espacial, proporcionando un método para el viaje interestelar debido al impulso constante de la luz solar.

luz solar

Pinzas ópticas

Las pinzas ópticas se utilizan para manipular partículas microscópicas aplicando fuerzas muy pequeñas a ellas mediante un haz de láser altamente enfocado. Esta técnica fue galardonada con el Premio Nobel de Física en 2018, subrayando su importancia y diversas aplicaciones, especialmente en las ciencias biológicas.

Modo de operación

El montaje de las pinzas ópticas utiliza un haz de láser altamente enfocado, que crea un gradiente en la intensidad de la luz. Este gradiente genera una fuerza que puede atrapar y manipular partículas microscópicas. El equilibrio básico de fuerzas se puede dividir en dos componentes:

  • Fuerza de gradiente: Esta fuerza atrae a la partícula hacia la región de mayor intensidad de luz, generalmente el centro del haz. Es principalmente responsable de atrapar la partícula.
  • Fuerza de dispersión: Esta fuerza surge debido a la transferencia de momento del fotón a la partícula, empujándola en la dirección de la propagación de la luz.

Este atrapamiento ocurre cuando la fuerza de gradiente es más fuerte que la fuerza de dispersión, y sostiene con éxito la partícula en su lugar.

haz láser Partícula

Aplicaciones de las pinzas ópticas

Las pinzas ópticas se utilizan ampliamente en la investigación biológica, para manipular y estudiar células, ADN y otras biomoléculas sin contacto físico ni daño. Algunas aplicaciones notables incluyen:

  • Para estudiar las propiedades mecánicas del ADN y otras biomoléculas.
  • Clasificación y análisis celular, especialmente en la identificación y separación de diferentes tipos de células.
  • Monitoreo de procesos biológicos, como el plegamiento de proteínas o interacciones celulares.

Comparación y significado

Tanto la presión de radiación como las pinzas ópticas demuestran la manipulación de la materia mediante la luz. Mientras la presión de radiación implica una aplicación de fuerza ampliamente uniforme, las pinzas ópticas utilizan un control preciso y localizado para atrapar y manipular partículas. Estos conceptos resaltan la versatilidad de la luz en aplicaciones científicas.

El estudio de la presión de radiación y las pinzas ópticas enfatiza la fascinante interfaz entre la luz y la materia. Sus teorías hacen contribuciones significativas al avance de la tecnología y la comprensión en campos como la exploración espacial y la investigación biomédica, expandiendo el ámbito de posibilidades.

Entender estos conceptos lleva a una comprensión más profunda de los efectos sutiles y profundos que las ondas electromagnéticas tienen en el universo, y cambia nuestro enfoque tanto de la exploración como de la manipulación sutil.


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Presión de radiación y pinzas ópticas

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