antenas

El amanecer cósmico está oculto tras un denso velo de tiempo. Para mirar a través de él, hay que captar la señal de radio de las nubes de hidrógeno neutro: la famosa señal global de 21 cm de longitud de onda. Pero es tan débil que el propio ruido del receptor la ahoga.

Golpea una mesa y el sonido se desvanece rápidamente. Las ondas elásticas en los sólidos suelen comportarse como círculos en el agua: se expanden desde la fuente y se atenúan. Pero hay una manera de hacer que se queden quietas: crear una 'banda plana' en el espectro de frecuencias.

Las ondas de radio —oscilaciones electromagnéticas de alta frecuencia— son impotentes frente al espesor de la Tierra: se atenúan y se absorben casi por completo a solo un par de metros de profundidad. Pero el campo magnético de baja frecuencia, que obedece a las ecuaciones de la electrodinámica, se comporta de otra manera.

Un espejo puede mantener el rayo reflejado en un punto, incluso al girar. Los ingenieros aplicaron este mismo principio en el rango de radio, creando un espejo inteligente en un dron. Este amortigua el temblor y las vibraciones en tiempo real: predice los movimientos del aparato y se reconfigura al instante para que la señal permanezca nítida.

Las señales de radio en una habitación se comportan como el sonido en una sala de conciertos: al rebotar en paredes y objetos, crean un patrón irrepetible, una melodía silenciosa de cada lugar. El teléfono, como un oído atento, capta esa melodía entre interferencias y distorsiones. Memoriza qué acorde corresponde a la esquina del sofá y cuál al marco de la puerta.

Un radiotransmisor con varias antenas se asemeja a una bañera donde el agua entra por varios grifos. Si los chorros apuntan en direcciones distintas o tienen diferente presión, parte del agua se va por el rebosadero; así también la señal se dispersa sin alcanzar el receptor.

En la base del sistema hay un riel por el que se desplazan las antenas-pinza, cada una emite una señal de radio. El smartphone las recibe y, conociendo la velocidad de la luz, calcula la distancia a la antena por el retardo.

Lanza una piedra al agua: justo en el punto de impacto las ondas son caóticas — eso es el campo cercano. Más lejos se expanden en círculos perfectos — el campo lejano. Este mismo principio rige las antenas para la comunicación por terahercios, el futuro de internet ultrarrápido.

El sistema de antenas de clip se asemeja a una manguera de jardín con perforaciones. En el cable guía de ondas se crean puntos de emisión por donde las ondas de radio brotan como agua por un agujero. Los obstáculos en el camino bloquean la comunicación directa, pero las señales reflejadas pueden sortear la barrera.

Un panel inteligente para controlar las ondas de radio, que viajan a la velocidad de la luz, funciona como una orquesta: cientos de elementos diminutos, los «instrumentos», cambian la fase (el momento de entrada) según las órdenes del voltaje. De esta manera, toda la superficie dirige el haz hacia la dirección deseada, como el sonido en una sala.

La señal urbana rebota entre las paredes como una pelota, y el teléfono capta decenas de sus «reflejos»: el eco. Cada microsegundo de retraso añade 300 metros al recorrido. La velocidad de la señal es constante, como la de la luz (скорость света).

La estación base emite ondas de radio. Sin una boquilla especial, la antena actúa como una manguera de jardín abierta a tope: el agua sale en todas direcciones, pero solo una pequeña parte llega a las plantas. Los científicos crearon un sistema con dos redes neuronales.

Cuando se diseñan antenas para smartphones, los ingenieros necesitan un patrón — algo como un diapasón para afinar instrumentos musicales.

Los dispositivos inalámbricos llenan el éter con señales que se mezclan en el caos, como si todos en una habitación hablaran a la vez. Los científicos propusieron una solución: paneles inteligentes que recuerdan a los paneles acústicos. Cada celda puede, por comando, reflejar una onda de radio como el eco de una pared, o absorberla como el aislamiento acústico amortigua el zumbido.

En el silencio absoluto hay que oír caer una pluma. Pero alguien no deja de hacer ruido con una bolsa. Para el observatorio espacial LISA, ese "ruido" serán las partículas cargadas procedentes del espacio.

Cuando se necesita ver el cerebro por dentro, normalmente se coloca a la persona en un tubo estrecho de resonancia magnética o se irradia con rayos X. Ambos métodos son caros, voluminosos y no siempre están disponibles.

Las ondas gravitacionales son el temblor del espacio provocado por la fusión de agujeros negros y estrellas de neutrones.

Ya en la década de 1960, el físico Joseph Weber intentó captar ondas gravitacionales con cilindros de aluminio que debían vibrar como diapasones por la ondulación del espacio-tiempo.

La ionosfera a una altura de 70 kilómetros funciona como un espejo gigante para las ondas de radio. Las antenas terrestres le envían constantemente una señal y escuchan su reflejo.

Cada vocal es una forma particular de la boca, la lengua y la garganta. Cuando una persona pronuncia «a», «i» o «u», dentro de la cabeza no solo cambia el aire, sino también la forma en que las ondas de radio la atraviesan.

Un sobre postal ordinario tiene forma rectangular, y la carta en su interior no cambia las propiedades del sobre. Con los fotones, partículas de luz, la situación es diferente: su 'forma' en el tiempo puede variar, y esa forma en sí misma transporta información.

Un conjunto de antenas convencional se parece a un coro: muchas voces cantan al unísono y el sonido se amplifica solo en una dirección. Para captar la señal desde otro lado, hay que reorganizar todo el coro. Ahora imagina que una sola voz pudiera cambiar su timbre de modo que el sonido se concentrara por sí solo en la dirección deseada.

Una antena común capta ondas de radio, pero hay campos que casi no percibe. Hablamos de campos eléctricos lentos, aquellos que cambian una vez por segundo o menos. Para ellos, los físicos han construido un sensor a partir de un haz de átomos de rubidio.

Una alfombra está lisa, pero si la empujas desde un borde, se forman pliegues. En una película delgada de sulfuro de tántalo (1T-TaS2), los pliegues de electrones —las ondas de carga— se congelan como si la alfombra estuviera pegada al suelo. Para moverlas, hay que aplicar una fuerza.

La carga inalámbrica en una habitación es como una piscina: la energía-agua está salpicada por doquier, y los diminutos sensores-flotadores apenas se agitan. Sus bobinas son demasiado pequeñas para recoger del campo derramado. La energía no se escapa a la velocidad de la luz como las ondas de radio, sino que espera a ser recolectada.

Las ondas de radio que oscilan menos de una vez por segundo atraviesan la tierra y el agua casi sin pérdidas. Estas señales se usan para comunicarse con submarinos y para buscar minerales. Pero una antena convencional para ellas necesitaría cientos de metros de largo, y su sensibilidad deja mucho que desear.

En una pequeña caja de cobre, parecida a una caja de cerillas, viven ondas magnéticas. Surgen en un diminuto cristal de granate de hierro e itrio cuando se hacen pasar ondas de radio a través de él. Dos ondas con diferentes características —una rápida y otra lenta— normalmente no se perciben entre sí.

El sonido en la superficie de un cristal es como las ondas en el agua, pero que viajan por un sólido. Estas ondas se llaman ondas acústicas superficiales: se mueven cien mil veces más lento que la luz, por lo que pueden comprimirse en segmentos muy cortos y caber en un chip diminuto.

Dos faroles en una orilla lejana, de noche, se funden en una sola mancha de luz. Así, una antena plana común no puede distinguir dos radiotransmisores demasiado cercanos entre sí: sus señales se mezclan y el receptor solo ve una mezcolanza. Los ingenieros encontraron la solución: hicieron la antena no plana, sino como una pila de láminas transparentes.

En el espesor del hielo antártico, a una profundidad donde no llega la luz del sol, cuelgan antenas. No escuchan sonidos, sino ondas de radio, y esperan la señal de una partícula que es casi imposible de atrapar. El neutrino atraviesa la Tierra como una bala atraviesa la niebla, pero a veces, muy raramente, roza un átomo de hielo.

Una señal de microondas que no tiembla por interferencias es necesaria tanto en radar como en telecomunicaciones. Hasta ahora, una señal limpia se obtenía en instalaciones voluminosas, donde los láseres y resonadores se colocaban sobre una mesa óptica. Ahora, los ingenieros han reunido todo en una caja del tamaño de un vaso: 166 mililitros.

Una misma explosión puede sonar de manera distinta: todo depende de hacia dónde sople el viento. En 2024, los investigadores detonaron dos veces cargas equivalentes a diez toneladas de TNT y registraron el sonido con una red de 31 micrófonos distribuidos en un radio de 23 kilómetros. La fuente era idéntica, pero los paisajes sonoros resultaron muy diferentes.

Un receptor de radio común capta ondas con una antena de metal. Aquí, en cambio, la antena es un único átomo cuyo electrón ha sido lanzado a una órbita lejana, como un satélite en una órbita alta alrededor de la Tierra. Estos átomos se llaman de Rydberg.

Una cinta de grafeno de nueve átomos de ancho es como un carril por el que los electrones corren, igual que el agua por un canal estrecho. La radiación gamma es un flujo de partículas con una energía enorme, capaz de atravesar metal y plástico.

Las ondas gravitacionales son ondulaciones del espacio-tiempo que estiran y comprimen todo a su paso de manera imperceptible. Pero la Luna, como una campana, capta estas ondas: al atravesarla, la onda gravitacional hace vibrar al satélite.

El microondas calienta la comida, pero este circuito recolecta energía de las ondas de radio. Los ingenieros han construido un rectificador que convierte microondas de 5,8 GHz en corriente continua. La gran noticia: en su interior no hay ni un solo condensador, esos pequeños acumuladores de carga que suelen estar en todos los rectificadores.

En una celda de yunques de diamante, la presión comprime la materia como si estuviera enterrada a cientos de kilómetros de profundidad en la Tierra.

La Luna no es simplemente una bola de roca, sino una campana gigante. Al atravesarla, las ondas gravitacionales la hacen vibrar casi imperceptiblemente. Este temblor fue predicho por Einstein, y Weber fue el primero en intentar escucharlo con detectores terrestres.

La Luna no es solo un satélite, sino una potencial campana gravitacional. Cuando los cuerpos masivos colisionan, el espacio-tiempo tiembla, y ese temblor, las ondas gravitacionales, hace vibrar todo lo que encuentra a su paso.

A 8,58 megapársecs de nosotros, la galaxia espiral M51 hace girar sus brazos, mientras el radiotelescopio VLA en su configuración más extensa la observa con una resolución de 0,16×0,14 segundos de arco. Es como si desde la Tierra pudiéramos distinguir una moneda en la superficie de la Luna.