transferencia de energía

Un mensajero con un paquete entra en un bosque espeso de cuerdas entrelazadas. Debe entregar la carga en el interior, pero por el camino va perdiendo fuerzas y cada paso le cuesta más. Así es una enzima que destruye un gel denso de moléculas biológicas. Hasta hace poco, nadie podía ver al mismo tiempo cómo se mueve el mensajero y cómo se aclara el bosque.

Una batería normal libera calor de forma gradual: tanto almacena, tanto entrega. La potencia queda fijada de una vez por todas, como un grifo del que el agua sale en un solo chorro. Pero a veces no se necesita un flujo constante, sino una descarga corta y potente: calentar una pieza al instante, iniciar una reacción, disipar el exceso de calor.

La luz incide sobre una célula solar y, en su interior, nacen cargas que están 'calientes'. Como una persona después de correr, llevan un exceso de energía. Para entregar corriente al circuito externo, necesitan enfriarse y llegar hasta los bordes del cristal. Si el enfriamiento se demora, parte de la energía se pierde en vano.

Una esponja regada lentamente con una regadera se empapa por completo. Pero si le arrojas de golpe el mismo cubo de agua, el centro se moja y los bordes quedan casi secos. Así se comporta un material que absorbe energía de forma no lineal: cuanto más intenso es el flujo, más se queda atrapado en el punto de impacto. En este nuevo trabajo, esa imagen se convierte en un modelo mínimo.

La vida del par entrelazado de tripletes en la proteína es de unos 60 picosegundos, ocho veces más que en disolución. La luz solar es como un flujo continuo de pelotas que chocan contra una pared.

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.

Los cristales pegados por fuera y por dentro de una pared metálica funcionan como un canal invisible. Uno, al recibir corriente, empieza a vibrar, y esas vibraciones, como ondas en el agua, se propagan en todas direcciones por el metal. El cristal interior capta ese temblor y vuelve a generar electricidad.

Una colonia de células se asemeja a un destacamento que abre camino por terreno desconocido. En el tejido vivo, este papel suele desempeñarlo la quimiotaxis: el movimiento a lo largo del gradiente de una sustancia química que las propias células secretan. Antes, los modelos describían grupos homogéneos, pero en la realidad interactúan distintos tipos de células.

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.

Dos cuerdas de guitarra tensadas en el mismo mástil. Son casi idénticas, pero una es un poco más corta, y suenan distinto. Así son aproximadamente los dos isómeros de la etanimina: moléculas con el mismo conjunto de átomos, pero orientadas de manera diferente en el espacio. Los astrónomos han detectado esta molécula en densas nubes cerca del centro de nuestra Galaxia.

La luz solar incide sobre la materia y cada fotón expulsa un electrón. Ese es el orden habitual, por el cual las baterías comunes no pueden convertir en electricidad más de un tercio de la energía: el resto se disipa en calor.

En diciembre de 2011, el cometa Lovejoy se lanzó audazmente a través de la ardiente corona del Sol. Inmediatamente después, una llamarada. Los científicos verificaron si el cometa pudo haberla provocado. La atmósfera del Sol está entretejida con tensos lazos magnéticos, como la cuerda tensa de un arco.

Un columpio solo se balancea si lo empujas acompasadamente. Si te desvías un poco del ritmo, el esfuerzo se pierde. De manera similar, la luz interactúa con el núcleo atómico: normalmente un fotón se absorbe solo cuando su energía coincide exactamente con la diferencia entre los niveles nucleares.

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.

La radioterapia del cáncer de próstata exige calcular con precisión la dosis de radiación en cada punto del cuerpo. El método clásico de Monte Carlo simula millones de partículas y tarda horas, pero para adaptar el plan a los cambios anatómicos diarios se necesitan segundos.

Un panel solar normalmente capta la luz por un solo lado, y por detrás tiene un sustrato metálico continuo. Aquí, la pared trasera se hizo de un material conductor transparente: óxido de indio y estaño. La luz que el panel no absorbe lo atraviesa por completo.

En una molécula, similar a la clorofila y construida a partir de carbono, un átomo de metal en el centro funciona como un interruptor. Desplazándolo una fracción de nanómetro, se puede hacer que la molécula brille, se apague o amplificar su brillo cientos de veces.

Un tumor crece rápido y, a menudo, dentro de él falta oxígeno. Los medicamentos comunes que necesitan oxígeno son ineficaces allí. Pero hay moléculas que funcionan de otra manera: arrebatan electrones a las moléculas vecinas y desencadenan una cadena que destruye las células cancerosas. Estas moléculas se denominan fotosensibilizadores: se activan con la luz.

Una placa solar es como un pastel de capas: una base de silicio y, encima, finas pistas metálicas por las que la electricidad sale hacia los cables. Durante mucho tiempo, estas pistas se hicieron de plata, porque conduce muy bien la corriente y no daña el silicio. Pero la plata es cara, así que los ingenieros buscan un sustituto.

La diminuta alga verde Chlamydomonas pasa su vida remando con sus dos flagelos hacia la luz, como un nadador hacia la orilla. Percibe la luz mediante una proteína fotorreceptora, y detrás de ella tiene una pequeña mancha roja, el 'ojo', que proyecta una sombra y ayuda a saber de dónde viene la luz.

Un punto luminoso del tamaño de una molécula. Se hace pasar una corriente a través de él y se enciende como una diminuta bombilla. Así es el experimento con moléculas de colorante sobre una fina película de sal. Cuando la corriente alcanza la molécula, un electrón le transfiere energía. La molécula devuelve esa energía de inmediato en forma de luz.

Cuando un rayo de sol cae sobre una hoja, dentro de ella comienza una carrera de relevos. La energía de la luz pasa de una molécula de clorofila a otra hasta llegar al centro de reacción, el lugar donde se pone en marcha la química de la vida. Esta carrera se desarrolla con una precisión asombrosa: casi cada cuanto de luz encuentra su camino.

Una célula solar normal hace una sola cosa: cuando brilla el sol, fluye la corriente. Pero aquí, cuando brilla el sol, la corriente fluye de manera distinta según de qué lado acerques un imán.

La luz en los semiconductores nace de pares de cargas: un electrón y un hueco que se atraen mutuamente, como un imán a la puerta de la nevera. Ese par se llama excitón. Si al par se le añade otra carga, se obtiene un trión: un trío de tres partículas.

El 30 de marzo de 2022, dos naves espaciales — BepiColombo y STEREO-A — sintieron a la vez una onda de choque proveniente del Sol. La primera estaba a 0,6 de la distancia entre la Tierra y el Sol; la segunda, exactamente a una distancia de ese tipo.

Tras una inyección bajo la piel, el fármaco no se extiende simplemente como tinta en el agua. Las moléculas de anticuerpos llevan una carga eléctrica, y esta carga hace que interactúen con los tejidos circundantes, de manera similar a como un imán atrae o repele las limaduras de hierro.

Las plantas emplean un ejército de mensajeros perfectos para entregar energía. Cada fotón de luz solar es absorbido y su energía se transfiere al instante —casi sin pérdidas— a los centros de reacción, donde se sintetizan nutrientes.

Una transferencia bancaria no llega de inmediato, sino tras un plazo fijado, y el saldo en la cuenta del receptor resulta mayor que el efectivo depositado por el remitente. Algo así hace el nuevo protocolo, llamado teleportación cuántica temporal de energía (TQET).