dispersión compton

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 láser golpea un átomo y arranca un electrón. Cuanto más brillante es la luz, más fuerte es el empujón y más rápido sale el electrón. Así funciona la imagen habitual, donde la luz es una onda uniforme. Pero, ¿y si la luz no es uniforme, sino 'comprimida', con fluctuaciones cuánticas, como el temblor de una cuerda?

El antiprotón es la imagen especular del protón: tiene la misma masa, pero carga negativa. Al entrar en contacto con la materia, normalmente se aniquila al instante: desaparece liberando energía al chocar con el núcleo de un átomo.

El electrón no es solo un punto. Es una nube de probabilidad extendida en el espacio. Cuando esta nube choca con un intenso pulso láser, puede emitir un fotón de alta energía: un cuanto gamma. Y este fotón puede no ser ordinario, sino retorcido, como un sacacorchos, portando momento angular orbital.

Cuando un electrón y su antipartícula —el positrón, predicho por Dirac— se encuentran, forman fugazmente un positronio: un minúsculo par que orbita uno alrededor del otro, como en un átomo pero sin núcleo. Casi de inmediato se desintegra, emitiendo dos fotones que quedan misteriosamente vinculados.

Es muy probable que los ordenadores cuánticos del futuro se comuniquen mediante luz. El átomo almacena la información y el fotón la transporta por la red. Pero el átomo no permanece inmóvil: tiembla, oscila, y ese movimiento puede estropear la señal. Antes, los ingenieros solo sabían calcular el caso de un átomo inmóvil.

Un surfista se desliza sobre la superficie del océano hasta que llega una gran ola, y entonces sale disparado hacia adelante. De manera similar, un electrón libre interactúa con la luz: normalmente el intercambio de energía es apenas perceptible, pero si el medio circundante comienza a cambiar rítmicamente, cada cresta de la onda empuja a la partícula con más fuerza.

En una luz muy tenue, los fotones llegan uno a uno, como gotas de un grifo que gotea — nunca en pares. Este efecto, predicho por Roy Glauber y confirmado por Leonard Mandel, demuestra directamente que la luz está compuesta de partículas.

El espacio-tiempo puede imaginarse como una tela bien tensada. Un cuerpo masivo la hunde, dirigiendo la luz. El giro, en cambio, retuerce la tela en espiral. Ese remolino gravitacional es capaz de entrelazar un fotón pasajero con la propia fuente del giro — por ejemplo, un diminuto espejo.

Un carrusel de luz no hace girar a personas, sino a electrones. En lugar de caballitos de madera, hay aspas invisibles hechas de luz. Ese es el «carrusel» que han construido los físicos para dar rotación a los electrones. Normalmente, para enrollar un haz de electrones en un vórtice se necesita una máscara diminuta: una plantilla con ranuras tallada a escala atómica.

Una linterna brilla a través de una niebla espesa. La luz se dispersa en las gotas de agua y la linterna se ve borrosa. Alrededor de un agujero negro ocurre algo parecido: un gas caliente, como una niebla, lo envuelve, y los rayos X de las partes internas del disco se abren paso a través de esa nube. Solo que aquí las «gotas» son electrones, y la «niebla» en sí se llama corona.

Una molécula de deuterio, formada por dos átomos de hidrógeno pesado, se desintegra al recibir el impacto de un láser. Un electrón es arrancado, dejando tras de sí un ion. En ese momento, ambos siguen vinculados: la dirección de uno revela de inmediato hacia dónde fue el otro. Esa conexión se llama entrelazamiento cuántico.

Si colocamos un kaón en un campo eléctrico, se estira ligeramente, como un globo que frotamos con lana. Esta respuesta —la polarizabilidad eléctrica— indica cuán rígida es la estructura interna de la partícula. Para el kaón cargado se ha medido por primera vez, y el número es este: alrededor de una diezmilésima parte del volumen que ocupa un protón.

Un estallido de rayos gamma es un destello de luz breve pero extremadamente potente, que se produce cuando se fusionan estrellas de neutrones o cuando colapsa una estrella masiva. Dentro de ese destello, chorros de plasma se mueven a velocidades enormes y chocan entre sí.

La luz normalmente empuja a un átomo en línea recta, como el viento a una vela. Pero si el rayo se retuerce como un sacacorchos, la imagen cambia: el átomo puede salir despedido hacia un lado, como si lo hubiera enganchado una rueda giratoria.

Un electrón que vuela a través de un gas se parece a un nadador que intenta cruzar una piscina muy concurrida. Cada colisión con un átomo cambia su rumbo y su velocidad. En el argón denso, hay tantas colisiones que la descripción simple deja de funcionar.

La luz de un láser es como una fila perfectamente alineada de soldados en un desfile: todas las ondas oscilan en el mismo plano. Esa luz se llama polarizada. En el nuevo trabajo, los físicos obtuvieron por primera vez rayos gamma polarizados al hacer colisionar electrones con un potente pulso láser.

La clave secreta en la comunicación cuántica se transmite mediante fotones individuales. Es imposible espiar ese canal: cualquier intento de interceptación destruye la partícula y deja rastro. Pero la idea tiene un punto débil: el hardware real, que a veces se comporta de manera distinta a lo que dicta la teoría.

La luz es un flujo de fotones y, normalmente, un fotón no tiene momento magnético: no se desvía con un imán como las limaduras de hierro.

Un blázar es una galaxia lejana desde cuyo centro surge un chorro de plasma dirigido casi directamente hacia nosotros. Dentro de ese chorro, las partículas se aceleran hasta velocidades cercanas a la de la luz y emiten una radiación potente.

Cuando en una estrella de neutrones se produce una explosión de rayos X, su atmósfera se calienta hasta millones de grados. La luz que captamos con los telescopios atraviesa esa densa capa de gas y, por el camino, se transforma notablemente. El espectro ya no es el de un horno perfecto: algunos colores se intensifican y otros se atenúan.

En los aceleradores gigantes, las partículas viajan casi a la velocidad de la luz y chocan de frente. Pero a veces un haz resulta un poco más denso que el otro, como si en una escalera mecánica abarrotada alguien se pusiera en el sentido contrario. Entonces las colisiones ocurren de manera desigual y los instrumentos empiezan a "parpadear", alterando las mediciones.

Un material de un solo átomo de espesor y una pureza récord –apenas un átomo extraño por millón– se convierte en escenario de un fenómeno sorprendente. Al enfriarlo casi hasta el cero absoluto, los electrones en su interior, como los músicos de una orquesta, se quedan quietos en un orden estricto, formando un cristal.

La luz solar, recogida con una lente de Fresnel y transmitida a través de 20 metros de fibra plástica, tenía una potencia de solo 3 microvatios, un millón de veces menor que la de un puntero láser típico. Esto fue suficiente para que en el cristal no lineal nacieran pares de fotones vinculados por su posición.