propagación anisotrópica de la luz

Un columpio que se balancea en una colina con dientes se comporta de manera extraña: sin empujes, se queda atascado en el primer hueco, pero con golpes rítmicos puede subir, bajar o quedarse quieto. Eso es exactamente lo que vieron los físicos cuando colocaron una mota de polvo en una trampa con fondo en dientes de sierra y comenzaron a empujarla alternativamente con rayos láser.

Una gota de agua sobre una película de fluoropolímero al principio se comporta como se espera: reposa y se evapora. Pero cuando se reduce a una cuarta parte de su tamaño inicial, se despega del lugar y en fracciones de segundo recorre una distancia varias veces mayor que su propio radio.

Un paquete de ondas se parece a un viajero que a veces pierde fuerzas y se dispersa por el camino, a veces mantiene el paso y a veces se concentra. En un canal de 50 metros con agua de 5 metros de profundidad, los científicos observaron cómo se comporta un grupo de olas con forma de campana cuando se cambia su altura pero no su ancho.

Una multitud en la entrada de un pasillo estrecho no se comporta igual que en una sala espaciosa: a algunos los aprietan contra las paredes, a otros los empujan hacia adelante. Algo parecido ocurre cuando una partícula alargada se encuentra en un líquido repleto de mancuernas automotrices.

El cielo nocturno parece tranquilo, pero en realidad está atravesado por una lluvia invisible de partículas cargadas: los rayos cósmicos. Los científicos llevan mucho tiempo intentando averiguar dónde nacen los más energéticos.

La luz que nace cuando un electrón rápido penetra en un material suele considerarse igual en todas direcciones. Pero en cristales donde las propiedades ópticas dependen de la orientación, no es así. Pasa la mano sobre el terciopelo: en un sentido es suave y brillante, en el otro, oscuro y áspero. Del mismo modo, un cristal reacciona a la luz de manera distinta según cómo esté orientado.

El cristal se parece a una ciudad con diferentes calles: por unas, los coches circulan rápido y llegan lejos; por otras, van lentos y se atascan. En el material laminar CrPS₄, las ondas magnéticas que transportan el espín (el momento intrínseco de la partícula) se comportan igual.

El púlsar PSR J1740+1000 es una estrella del tamaño de una ciudad que gira más rápido que una batidora de cocina. Tras la explosión de una supernova, quedó un núcleo denso que acelera partículas hasta velocidades cercanas a la de la luz.

Tira un puñado de arena sobre la mesa: los granos se dispersarán por igual en todas direcciones. Pero si debajo de la mesa hay un imán escondido y la arena es de hierro, las trayectorias se vuelven más astutas: sobre el caos se superpone una estructura invisible al ojo. Así más o menos funciona el movimiento de las moléculas dentro de una célula viva.

En 1433 pares de galaxias esparcidos por el cielo, los astrónomos notaron un patrón inusual. Las vecinas situadas «encima» o «debajo» de un sistema estelar masivo contienen hasta un cuarto más de oxígeno que las que se encuentran en el plano de su disco.

Un cristal parecido a una pila de panqueques se colocó sobre un sustrato liso de óxido de magnesio. Se obtuvo una película de cientos de átomos de espesor. Cuando se hizo pasar corriente a través de ella y se encendió el imán, la resistencia aumentó casi una cuarta parte: un 22,5% con un campo de 9 teslas.

Si iluminas un cristal de FePS3, este responde con su propia luminiscencia, como un letrero de neón, pero mucho más débil y en el rango infrarrojo. Esta luminiscencia no es aleatoria: depende de cómo esté orientado el cristal.

Una película delgada para una batería solar o una pantalla es como una multitud apretada en una plaza: cada persona está girada hacia un lado, y de hacia dónde miran todos depende si la luz atraviesa la multitud o se queda atascada. En la electrónica orgánica, el papel de los transeúntes lo juegan las moléculas.

Los vasos linfáticos son calles de una sola dirección. Por ellos, el líquido fluye solo hacia adelante gracias a diminutas compuertas en forma de pétalos. Estas válvulas se abren únicamente en un sentido, generando una asimetría, una direccionalidad, sin la cual el flujo se detendría.

Un rayo láser retorcido en espiral se parece a un embudo en un lavabo: la luz no solo avanza, sino que también gira. Estos rayos vorticiales ya ayudan a mover partículas diminutas y a transmitir más datos. Pero en cuanto atraviesan un medio no homogéneo, el vórtice se deshace, como el agua de un cubo agujereado.

En el cristal de titanato de bario hay un campo eléctrico interno, como el de un imán permanente, pero para cargas. Cuando llega un destello de luz, expulsa electrones que comienzan a agitarse, chocando con los átomos. Pero el cristal no es igual en todas las direcciones: tiene un eje a lo largo del cual el campo es más intenso.

El vidrio de una ventana común parece congelado para siempre, pero en su interior los átomos nunca están quietos. En el telururo de germanio amorfo (GeTe), un material que se usa en discos regrabables y memorias no volátiles, los físicos han rastreado por primera vez de forma directa cómo los enlaces atómicos se estiran y se doblan en billonésimas de segundo.

Un río fluye en una dirección, mientras una ola en su superficie avanza en la contraria. Esa misma dualidad ocurre en los materiales hiperbólicos: la energía de la onda luminosa y sus frentes de onda divergen, impidiendo crear una lente nítida.

El fieltro se asemeja a una madeja de lana enredada, pero bajo los rayos X se ve que en su interior hay senderos ocultos. Cuando una gota de agua cae sobre este material, no solo se extiende por la superficie: parte del líquido se sumerge hacia el interior, como el agua en un papel secante. Los científicos grabaron por primera vez este proceso con una cámara de rayos X que toma cientos de imágenes por segundo.

La tapa que chasquea de un tarro de mermelada es la heroína de esta historia. La presionas y, con un chasquido sonoro, salta de la posición convexa a la cóncava. Exactamente así se comporta la viga articulada dentro de cada celda de la nueva rejilla mecánica. Los científicos han montado con estas vigas que chasquean una malla hexagonal, como un panal, pero de placas elásticas.

En una capa delgada de cristal, los electrones se comportan de manera diferente a como lo hacen en un trozo común de metal. Están apretados, chocan más a menudo entre sí y sienten con más fuerza la forma de la red. Normalmente, estos estados se crean artificialmente apilando capas de diferentes materiales. Pero a veces la naturaleza lo hace todo por sí sola.

Tira un puñado de piedritas a un arroyo: algunas se posan en el fondo, otras el agua las rodea. Así se comportan las ondas en un medio desordenado: la luz en el vidrio esmerilado, el sonido en un material poroso. Normalmente, el desorden frena el movimiento: la onda se atasca, se dispersa, pierde la dirección.

La luz, al atravesar un vidrio de ventana, se refracta por igual en todas las direcciones. Pero en los cristales laminares delgados ocurre algo distinto: la luz que viaja a lo largo de las capas percibe el material de manera diferente a la que viaja a través de ellas.

Tira un puñado de guisantes en una cazuela con sémola: los guisantes se hundirán rápido, apartando los granos. Pero si haces la sémola muy espesa y pegajosa, los guisantes se quedarán atrapados. Algo parecido hicieron los átomos ligeros de litio en una nube de átomos pesados de potasio a temperaturas de millonésimas de grado por encima del cero absoluto.

La luz de galaxias lejanas atraviesa las lentes de un telescopio como a través de una pila de cristales de ventana. Cada cristal está cubierto con una fina película para reducir los reflejos. Pero esta película actúa como un filtro polarizador: una componente de la onda de luz pasa un poco más libremente, la otra un poco peor.

El agua de un charco después de la lluvia no gira igual que la de un lago profundo. Una capa fina de líquido siente el fondo, y eso cambia el carácter de los remolinos. Los científicos crearon esa capa en el laboratorio: vertieron un electrolito, aplicaron una corriente y un campo magnético, y el líquido se puso en movimiento.

Treinta nanómetros: la distancia en la que un fonón velocista aún no ha tenido tiempo de acelerar.