radiación electromagnética

Por un camino estrecho avanzan dos caravanas en direcciones opuestas. Una es ancha y lenta, lleva la carga de la densidad. La otra, una hilera de carretas ligeras con corriente, se desliza entre las primeras. Así, en la descarga del magnetrón coexisten dos estructuras que giran en sentidos contrarios: la aguja de densidad y los filamentos de corriente.

Dentro de una llamarada solar, las líneas magnéticas se rompen como gomas elásticas tensas y se vuelven a cruzar, liberando en minutos una energía que bastaría para abastecer a la humanidad durante millones de años. En el laboratorio, este proceso, la reconexión magnética, durante mucho tiempo solo se podía iniciar, pero no detener.

En un cristal, el calor viaja en ondas. Los átomos vibran, y esas vibraciones —llamadas fonones— transportan energía desde el borde caliente hasta el frío. Durante mucho tiempo se pensó que si los fonones entraban en resonancia (sus frecuencias coincidían exactamente) y podían intercambiar energía, el calor fluiría en avalancha. Resulta que no es así.

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.

La agonía de un agujero negro solitario dura una eternidad. Pero en los últimos instantes, cuando la masa se evapora según la ley descubierta por Stephen Hawking, alcanza a enviar una señal de despedida en forma de ondas de radio. No un susurro cuántico, sino un zumbido clásico, siempre que haya un campo magnético cerca.

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.

El destello dura una milésima de segundo, pero en ese instante libera tanta energía como la que el Sol emite en un día. Estas señales, las ráfagas rápidas de radio, son captadas por los telescopios desde 2007, y su origen sigue siendo un misterio. Un nuevo trabajo propone una respuesta elegante: todo se debe a un amplificador cósmico.

Un rayo de luz entra en un vidrio esmerilado y se apaga: algo común. Pero los físicos saben desde hace tiempo cómo hacer que la luz lo atraviese sin perder ni un fotón. Ese truco se llama transparencia inducida electromagnéticamente: dos ondas de luz se cancelan mutuamente en el punto adecuado y la absorción desaparece.

El enigma de las ráfagas rápidas de radio (FRB) no es solo una cuestión de «¿qué explotó ahí?». Es un drama de transferencia de energía en condiciones extremas, donde el más mínimo tropiezo termina en colapso.

Un faro envía una señal a través de una tormenta de espejos propios: algo así es lo que hacen las ráfagas rápidas de radio cuando intentan abandonar los alrededores de un magnetar. Un magnetar es una estrella de neutrones con un campo magnético un cuatrillón de veces más intenso que el terrestre.

El electrón y el muón son migajas magnéticas. Su magnetismo es ligeramente mayor que dos (en unidades especiales), y esta 'fracción excedente' (momento magnético anómalo) surge del constante oleaje en el vacío: pares de partículas que aparecen y desaparecen por un instante.

Los científicos hicieron que las ondas electromagnéticas se perdieran para siempre en un laberinto tridimensional de partículas metálicas. Antes esto solo se lograba con el sonido o los electrones. La entropía —medida del caos— actuó aquí como un callejón sin salida: las ondas se superponían y se anulaban mutuamente, perdiendo dirección.

Dos esferas electrizadas se atraen con una fuerza determinada. Si reemplazas sus cargas por polos magnéticos, una balanza de resorte marcará exactamente la misma fuerza. Con los agujeros negros, resulta que ocurre lo mismo, solo que en lugar de resortes, es el propio tejido del espacio-tiempo el que actúa.

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.

Cuando muchos átomos excitados se reúnen, a menudo disparan luz de manera coordinada, como una multitud que aplaude al unísono. Este fenómeno, conocido desde hace tiempo, se llama superradiancia de Dicke. Pero los autores del nuevo trabajo se preguntaron: ¿qué ocurre si los átomos no son idénticos y cada uno siente a sus vecinos?

Una piedra cae en un estanque: cerca de la orilla los círculos son casi imperceptibles, pero junto al punto de impacto el agua hierve. Algo similar ocurre con el campo eléctrico alrededor de una carga: de cerca es abrupto y enmarañado, pero a distancia se estira en una onda uniforme que transporta energía.

La palma de la mano sobre una placa caliente siente el calor, incluso cuando el aire alrededor parece fresco. Algo similar ocurre con los electrones en el efecto Aharonov-Bohm: la partícula percibe el voltaje eléctrico, aunque entra en una región donde el campo ya está apagado.

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.

Dos estrellas de neutrones se acercan en espiral para fusionarse en un instante. Su danza dura fracciones de segundo, pero justo antes del final, una de las estrellas se incrusta en la envoltura magnética de la otra, como un nadador que corta el agua y levanta olas. En ese momento nace un complejo sistema de corrientes que se llevan la energía.

Dos estrellas de neutrones son los restos superdensos de astros muertos, cada una del tamaño de una ciudad pero más masiva que el Sol. Ya en 1934, su existencia fue predicha por Fritz Zwicky. Una cucharadita de esa materia pesaría miles de millones de toneladas.

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.

Entre los imanes hay maestros silenciosos de la transformación. Un imán común atrae clips y tiene dos polos: norte y sur. Pero hay materiales que por dentro están dispuestos como un tablero de ajedrez magnético: sus átomos se alinean en un orden estricto, pero por fuera el material se comporta de manera neutra, como si el imán no existiera. A estos materiales se les llama altermagnetos.

La superficie de Europa es una armadura de hielo que es continuamente bombardeada por partículas cargadas de la magnetosfera de Júpiter. Los electrones chocan contra la red cristalina del hielo, pierden energía y desencadenan reacciones químicas. Antes no existía una herramienta que mostrara cuán profundamente perfora este bombardeo el hielo.

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.

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.

Las ondas de radio nos rodean, pero el ojo no las ve. Un nuevo sensor del tamaño de una uña las convierte en una mancha de color en una pequeña pantalla. Dentro del chip hay una capa de cristales líquidos, los mismos que se usan en las pantallas de los teléfonos. Entre ellos se entretejen finos hilos ferromagnéticos. Cuando llega una onda de radio, los hilos se calientan rápidamente.

En un trozo de óxido de manganeso de unos pocos átomos de espesor, los electrones se comportan como una multitud en una escalera mecánica: cada uno se mueve según sus propias reglas, pero juntos crean un flujo común. Los físicos dirigieron rayos X blandos sobre esa película y expulsaron electrones hacia afuera.

En el cristal de un superconductor, a veces los electrones se organizan en ondas de carga, como ondas en el agua, pero hechas de partículas. Unas ondas se extienden a lo lejos, otras viven solo en tramos cortos. Los científicos tomaron el material YBa$$_2$$Cu$$_3$$O$$_{6.67}$$ y lo golpearon con pulsos cortos de rayos X para distinguir ambas ondas.

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.

El campo magnético se parece a la sombra de un objeto: cambia con la forma de la fuente. Pero si se coloca una lente en el camino de la luz, se puede modificar la sombra. Así ocurre aquí: los autores han ideado una 'lente' para el campo magnético: un conjunto de materiales comunes con diferente permeabilidad magnética (capacidad de dejar pasar el campo).

Una partícula cargada que gira en un campo magnético no se queda callada: emite luz. Esa luz se llama radiación de sincrotrón y aparece en todas partes, desde galaxias lejanas hasta aceleradores de laboratorio.

Una lámina de grafeno es una red de átomos de carbono que se asemeja a un panal de abejas. Los electrones en ella se mueven tan rápido como si no tuvieran masa, igual que la luz. Cuando un potente pulso láser incide sobre la lámina, los electrones reciben un empujón y comienzan a acelerarse.

El plasma es un gas calentado tan intensamente que los electrones se separan de los átomos. En él corren ondas parecidas al sonido en el aire, pero las controla un campo magnético. Si el campo magnético se vuelve no homogéneo, sino periódico —como una valla con tablones alternados—, las ondas se comportan de otra manera.

El campo magnético de la Tierra se asemeja a un río invisible que serpentea bajo nuestros pies. Los navegantes y los geólogos consultan los mapas de este río, pero los instrumentos toman lecturas solo en puntos aislados, y entre ellos quedan manchas blancas. Rellenarlas es como dibujar el cauce de un río a partir de unas pocas piedras encontradas en la orilla.

En la corriente de partículas cargadas que sopla continuamente desde el Sol, a veces se producen ráfagas de radio: señales cortas y potentes en una frecuencia que se puede captar con un receptor de radio común. Hasta ahora no estaba claro cómo se generan exactamente estas señales en esa corriente.

Dos diminutos vórtices magnéticos, llamados skyrmiones, navegan sobre una película delgada. Cuando se acercan, entre ellos no surge una simple atracción o repulsión, sino una alternancia de ambas: como si dos corchos en el agua se acercaran y se alejaran obedeciendo a una ola invisible.

Una onda ordinaria en un imán se parece a las ondas en el agua: cuanto más corta es la longitud de onda, mayor es su energía. Los físicos llaman a estas ondas magnones. Pero en una fina película de granate de bismuto e itrio se han logrado crear ondas con un comportamiento inverso: su energía disminuye al reducirse la longitud de onda. Son los antimagnones.

La resonancia magnética es como un diapasón que solo suena en su nota. Cada molécula tiene su propia frecuencia, y gracias a ella se puede saber qué molécula es y en qué estado se encuentra. Pero antes, ese diapasón se escuchaba a través de una pared gruesa: la señal salía borrosa y no se podía distinguir la nota exacta.

La enana roja V374 Pegasi es una estrella del tamaño de un tercio del Sol, pero con temperamento de volcán. Cada pocas horas, gigantescos cúmulos de plasma se desprenden de su superficie, como burbujas de vapor de una olla hirviendo. Estas eyecciones, llamadas protuberancias, salen disparadas al espacio y generan ráfagas de ondas de radio.

El océano es como un pastel en capas: arriba, agua cálida y ligera; abajo, agua fría y densa. Entre las capas, en la interfaz, se pasean olas invisibles desde la superficie. No levantan crestas como una tormenta, sino que mecen lentamente toda la columna de agua, como si alguien sacudiera un enorme acuario desde dentro.