¿Por qué se necesita una longitud de onda de luz más corta para observar pequeñas partículas u organismos que no son visibles a simple vista?

Podría ser necesaria una longitud de onda más corta, sí.

¿Supongo que una pregunta aclaratoria relevante podría ser “más corta que qué”?

Por ejemplo, la luz tiene longitudes de onda más cortas que las microondas. Las microondas tienen longitudes de onda del orden de 1 cm, por lo que no serían buenas para observar detalles que son más pequeños que eso.

Un problema relacionado es que los detalles en esa escala pueden influir en el color: es más fácil ver las cosas en azul si esas cosas reflejan algo de luz azul.

De todos modos, el color rojo, tiene una longitud de onda de aproximadamente 700 nm. Entonces, si sus detalles son significativamente más grandes que 700 nm, la longitud de onda del rojo probablemente no representaría un obstáculo.

Y, el azul se parece más a 400 nm. Entonces, si observa cosas muy pequeñas, donde el color hace una diferencia en la cantidad de detalles que puede ver, el azul le da casi el doble del potencial de resolución que el rojo.

Mientras tanto, si está utilizando dispositivos de imágenes, podría estar considerando longitudes de onda que el ojo humano sin ayuda no vería. En ese caso, es posible que deba pensar en longitudes de onda más largas que 700 nm o más cortas que 400 nm.

Entonces, ¿qué significa todo esto?

Bueno, un virus, por ejemplo, podría tener un tamaño en el rango de 20-300 nm. Entonces, como puede imaginar, se encontraría con algunos problemas si intentara ver los detalles de la estructura de un virus usando luz visible.

Una bacteria, por otro lado, podría tener 1000 nm de ancho. Entonces puede ver algunos detalles en un virus usando un microscopio. Puede ser un poco borroso, pero puedes ver su forma y algunas de sus partes internas.

Una bacteria muy pequeña puede tener 200 nm de ancho en la dirección más estrecha y 500 nm de largo en la dirección más larga. Eso va a ser difícil de ver. Una bacteria grande puede tener 5000 nm de ancho en la dirección más estrecha y 60000 nm de largo en la dirección más larga. Será mucho más fácil de ver (aunque todavía es bastante pequeño, en comparación con las cosas que normalmente vemos).

De todos modos, supongo que el punto es: el color de la luz a veces importa, porque la luz misma tiene tamaño. No tiene mucho tamaño, pero su longitud de onda todavía puede importar a veces.

Cuanto más corta es la longitud de onda de la luz, mayor es la energía según la ecuación de energía de Planck

[math] E = \ frac {hc} \ lambda [/ math] donde [math] \ lambda [/ math] es la longitud de onda, h es la constante de Planck y c es la velocidad de la luz.

La mayor energía de la luz corresponderá a una mayor transferencia de energía a los electrones de la sustancia con la que interactúa. Lo que significa que la sustancia tendrá estados de excitación más altos de electrones (de acuerdo con el efecto fotoeléctrico). Cuando esos estados de excitación vuelvan a sus niveles normales de energía, emitirán más luz. Entonces, cuanto más corta sea la longitud de onda de la luz, más fácil será observar partículas pequeñas.

Esto no es necesariamente cierto por debajo de cierto tamaño de partículas porque hay partículas que son más pequeñas que la longitud de onda de la luz visible. Es por eso que necesitamos microscopios electrónicos para nanopartículas.

Existe una regla general de que la luz solo puede ver objetos con una longitud mayor que su longitud de onda. La dispersión de Raleigh es proporcional a la frecuencia de la potencia cuatro; por lo tanto, la luz azul se dispersará mucho más que la luz roja. La longitud de onda de la luz roja es demasiado larga para ser vista a simple vista. Podría argumentar, “¿Dónde está entonces la dispersión de la luz violeta? ¿Esto debería ser aún mayor que la del azul?”. Por supuesto, el violeta es mucho menos intenso en el espectro de nuestro sol en la tierra y la respuesta del ojo es mucho menor a la luz violeta que al azul. Entonces no lo vemos dominar; pero lo poco que hay allí se dispersa mucho.

La dispersión para longitudes de onda cortas es la razón por la cual los microsopes electrónicos tienen tanto éxito en la resolución de pequeñas longitudes. La longitud de onda de Compton es tan pequeña ya que la longitud de onda depende de la energía de la partícula; y los electrones tienen masa (no fotones). La masa; cuando se multiplica por c ^ 2; da mucha energía para hacer una longitud de onda muy corta.

Imagine que la longitud de onda está vinculada a su resolución. Entonces, la longitud de onda pequeña significa que puede resolver objetos más pequeños. Entonces, si desea resolver cosas realmente pequeñas, una longitud de onda pequeña es una idea sólida, ya que el azul tiene una longitud de onda de 400 nm. Los átomos individuales son significativamente más pequeños que esto en el orden de varios 0.1nms. Los pulsos de longitud de onda XUV se reducen a 10 nm y son significativamente mejores para la resolución de detalles finos. El problema con algunas de estas longitudes de onda más cortas es que tienen una energía más alta, lo que significa que al ver el objetivo, lo dejarás muy cambiado.