láser de attosegundos

Afinar la cuerda hasta la nota deseada: el pulso láser se ajusta para que las armónicas suenen al unísono en frecuencias de kiloelectronvoltios. La luz que vemos oscila a una frecuencia de cientos de billones de veces por segundo.

El herrero aviva los fuelles y el lento flujo de aire se convierte en una corriente afilada capaz de encender el fuego. Algo similar hacen los físicos con la luz: toman un pulso láser largo y lo comprimen en un destello corto y potente.

Cuando un rayo láser incide en un gas, arranca electrones de los átomos y los acelera hasta casi la velocidad de la luz. Estos electrones, al atravesar el plasma, emiten rayos X, como una estela luminosa dejada por una partícula veloz.

El tirador apunta al blanco, aprieta el gatillo y escucha dos disparos: uno fuerte, otro suave. Así funciona la nueva instalación, solo que en lugar de balas hay un grupo de electrones, y en lugar de disparos, dos destellos de luz. Uno es de rayos X, el otro es terahercio. Vuelan hacia el mismo punto con un intervalo perfecto.

Dos electrones que salen de la punta de una aguja metálica casi al mismo tiempo comienzan a repelerse, como dos personas que intentan pasar a la vez por una puerta estrecha. Cuanto más cerca están el uno del otro, más se estorban.

Un qubit superconductor es como un instrumento musical caprichoso: hasta que no lo afinas, no esperes una nota limpia. Pero incluso después de afinarlo, el sonido se desvía. Los culpables son diminutos defectos en el material que los físicos llaman sistemas de dos niveles. Son como grietas invisibles que aparecen y desaparecen, alterando el ritmo del procesador.

En el océano silencioso de la Galaxia, las civilizaciones maduras probablemente adoptaron hace tiempo una estrategia inesperada: en lugar de faros estridentes, dispersan luciérnagas silenciosas — faros láser interestelares autónomos, a la deriva en el vacío y emitiendo destellos de microsegundos.

La onda luminosa nunca es perfectamente lisa: la agita continuamente un rizado cuántico. Estos tirones casi invisibles fueron estudiados por el premio Nobel Roy Glauber, quien sentó las bases de la óptica cuántica. Ahora los físicos han aprendido a congelar este rizado.

3I/ATLAS irrumpió en el Sistema Solar como un invitado no deseado, un regalo del destino para los cazadores de inteligencia extraterrestre.

Una partícula cargada atraviesa un sensor de silicio y deja a su paso un rastro de electrones libres. El tiempo que tarda esa carga en recolectarse en el electrodo depende de la profundidad a la que se haya generado dentro del cristal.

Las estrellas de neutrones son restos superdensos de estrellas, donde la materia está comprimida al límite descrito por Subrahmanyan Chandrasekhar. Los magnetares son una variedad con un campo magnético un cuatrillón de veces más fuerte que el terrestre.

En la molécula de benceno, los electrones zumban alrededor de los núcleos como un enjambre de abejas alrededor de la colmena. Pero este enjambre no solo zumba: pulsa. Cada 856 attosegundos, la nube electrónica completa un ciclo de oscilación.

Normalmente, los isótopos se separan aprovechando la diferencia en el peso del núcleo. Es una diferencia diminuta, como si clasificáramos granos de arena que se distinguen por una centésima de milímetro. El nuevo método no se fija en el peso, sino en la rotación del núcleo: su espín.

El láser golpea un blanco de alambres delgados y, en decenas de femtosegundos (milmillonésimas de milmillonésima de segundo), arranca de ellos un flujo de protones. Estos protones entran en un convertidor de litio y deuterio, donde nacen los neutrones.

Un flash fotográfico común dura milésimas de segundo. Un pulso de attosegundos es un billón de veces más corto: en el tiempo que dura, la luz recorre una distancia menor que el tamaño de un átomo.

Un flash fotográfico normal se congela en centésimas de segundo, pero para los átomos eso es una eternidad. Dentro de las moléculas, los electrones saltan en attosegundos: milmillonésimas de milmillonésima de segundo. Para capturar algo así se necesita un pulso de luz más corto que el propio evento.

La luz puede transportar información más rápido que cualquier electrónica. Pero normalmente, entre el ordenador y el láser se encuentra un convertidor digital-analógico, un dispositivo que convierte los ceros y unos en señales eléctricas. Es precisamente lo que frena todo el proceso. El nuevo transmisor prescinde de este intermediario.

Un electrón en un átomo se parece a un tenista esperando el saque. El destello de luz es la pelota que viaja a una velocidad imposible de seguir con el ojo. El nuevo dispositivo captura el momento en que la raqueta toca la pelota con una precisión que antes era inimaginable.

Un destello láser de 50 femtosegundos es como un disparo que dura una milmillonésima de segundo. En ese tiempo, la luz recorre solo 15 micrómetros, menos que el grosor de un cabello humano. Pero si ese destello se hace pasar por un amplificador, empieza a estirarse como una goma elástica y pierde su nitidez.

Cuando la luz arranca un electrón de un átomo, este sale disparado como una pelota lanzada entre la multitud. Los científicos llevaban tiempo queriendo saber en qué momento exacto cada electrón abandonaba el átomo, pero la medición directa interfería con el propio proceso. Ahora los físicos han propuesto un método que utiliza un segundo destello de luz para «fotografiar» el momento del nacimiento del electrón.

La luz no es solo un rayo, sino una onda con un campo eléctrico que cambia a una velocidad inimaginable para los relojes comunes. Hasta ahora, ese campo solo se podía medir en un punto, como la temperatura con un solo termómetro.

Un cocinero prueba la sopa después de cada pizca de sal y decide al instante qué añadir a continuación. Algo así hace la nueva instalación para cultivar películas cristalinas delgadas. Solo que en lugar del sabor, lo que se observa es la imagen de un microscopio electrónico, y en lugar del cocinero, actúa un programa informático.

Un pulso láser que viaja a través de un plasma es como un corredor que se abre paso entre la multitud: empuja a los electrones y deja tras de sí un canal de baja densidad, igual que la gente se aparta ante un velocista.

La luz ultravioleta con una longitud de onda de unos 300 nanómetros es invisible al ojo, pero puede destruir el ADN de los microbios, hacer que algunas sustancias brillen y transportar información. Hasta ahora, los láseres en este rango eran voluminosos, caros o de corta vida.

Un pulso láser corto golpea el aire y en el punto de impacto se enciende un diminuto relámpago. Vive más de lo que parece: el brillo intenso se ve durante medio milisegundo, y el débil, casi veinte milisegundos.

Un flash fotográfico normal dura una milésima de segundo. El nuevo dispositivo del laboratorio húngaro ELI ALPS produce destellos mil millones de veces más cortos. Cada uno de estos destellos son unos cientos de oscilaciones de la onda de luz, empaquetadas en un intervalo de tiempo en el que la luz recorre una distancia menor que el grosor de un cabello humano.

La luz normal siempre tiembla un poco: su brillo y color fluctúan, como el aire en un globo inflado después de un golpe. En la luz «comprimida», estas fluctuaciones se redistribuyen, como si se apretara el globo por un lado, haciéndolo más delgado aquí y más grueso allí, pero el volumen total es el mismo. Así se sacrifica precisión en un aspecto para ganar en otro.

Una luciérnaga emite un destello que dura una diezmilmillonésima de segundo en algún lugar sobre la taiga siberiana. Ver algo así es imposible, pero la instalación TAIGA-HiSCORE, dispersa por un valle en el distrito de Tunkinsky, en Buriatia, intentaba captar precisamente esos destellos, aunque no de insectos, sino de las profundidades del cosmos.