armónico

Un blanco de gas se parece a un embudo: cuanto más inclinadas son sus paredes, más fuerte es el flujo. Solo que en este embudo no fluye agua, sino luz ultravioleta, que nace cuando un potente pulso láser atraviesa una nube de argón.

La enfermedad del hígado graso a menudo pasa desapercibida, pero con el tiempo puede provocar problemas graves. Para no tomar una muestra del órgano para análisis, los médicos usan ultrasonido: las ondas sonoras atraviesan el tejido y se atenúan de manera diferente según el contenido de grasa.

El campo de luz, como una gofrera cuidadosa, imprime en el espacio un patrón regular de zonas brillantes y oscuras. En los puntos más luminosos, como en pequeños hoyuelos, quedan atrapados los átomos: se forma una red óptica. Es la herramienta favorita de los físicos cuando quieren estudiar el comportamiento cuántico de la materia en estado puro.

Durante más de un siglo, los astrónomos se han devanado los sesos con el caprichoso comportamiento de las estrellas de tipo RR Lyrae: su brillo crece y decrece periódicamente con una amplitud impredecible, como un faro con un mecanismo estropeado. El efecto Blazhko, descubierto en 1907, desafió a los científicos durante décadas.

La luz de una bombilla común parece completamente caótica: sus ondas oscilan de manera descoordinada, como una multitud en la que cada persona camina en una dirección distinta. A esa luz se la llama incoherente.

En los sótanos de cuatro institutos europeos había siete dispositivos, cada uno comparable a un diapasón de precisión inimaginable. Solo que en lugar de sonido, emiten un «tictac» de luz: oscilaciones de un láser confinado a una frecuencia específica por átomos de espectroscopía de estroncio, iterbio o mercurio.

Un pasillo largo con el suelo irregular: en algunos sitios hay baches, en otros, hoyos. Si haces rodar un cochecito de juguete por él, se quedará atascado en el hoyo más profundo, no donde lo soltaste. Algo parecido le ocurre al sonido en un cristal fonónico: un material compuesto por elementos periódicamente dispuestos que controla la propagación de ondas elásticas.

Inmediatamente después del Big Bang, el Universo experimentó una expansión ultrarrápida, idea propuesta por Alan Guth y desarrollada por Andrei Linde. Cuando la expansión cesó, el campo de energía comenzó a oscilar como un columpio gigante.

Un rayo láser golpea un átomo y el electrón sale disparado. Acelera, regresa y, al chocar con el átomo, emite un destello de luz: una armónica. Si hay dos rayos de luz y están cruzados como una intersección, el electrón puede elegir diferentes rutas.

El láser golpea el cristal y este responde con destellos de luz, como una campana que suena al ser golpeada. Pero si la campana está caliente, su sonido tiembla y se apaga. Así ocurre aquí: los átomos del cristal vibran constantemente por el calor, y esa vibración impide que los electrones se muevan en línea recta, por lo que la luz sale tenue y borrosa.

La música se sostiene sobre la repetición: esperamos que el acento vuelva, como vuelve el estribillo. Pero si se repite lo mismo durante demasiado tiempo, llega el aburrimiento. El compositor parece caminar sobre la cuerda floja entre lo familiar y lo inesperado. Los científicos tradujeron ese equilibrio al lenguaje de la física.

El borde de un imán funciona como el puente de una guitarra: una cuerda presionada cerca del borde suena de manera diferente, con un conjunto más rico de armónicos. Algo similar ocurre con las ondas magnéticas en una fina cinta de níquel y hierro.

Un rayo láser golpea un cristal transparente y este responde con todo un arcoíris, desde el infrarrojo hasta el ultravioleta invisible. No es un truco con espejos, sino el trabajo de un cristal no lineal: sabe sumar frecuencias de la luz, igual que un músico obtiene de una cuerda no solo el tono fundamental, sino también los armónicos.

Dos relojes en habitaciones diferentes deben hacer tictac al unísono. Normalmente, para ello se envían pulsos brillantes o pares de fotones que llegan exactamente uno tras otro. Pero la señal puede ser tan débil que los fotones apenas llegan. En este trabajo, los relojes se sincronizaron con luz mil millones de veces más tenue de lo habitual.

Un láser de electrones libres convencional se parece a un instrumento musical con una sola cuerda: solo puede tocar una nota hasta que se modifica su construcción. Para obtener otra longitud de onda, hay que reajustar los imanes o acelerar los electrones con más fuerza. Eso es caro y voluminoso.

Un potente láser golpea el semiconductor, y este responde con luz en muchas frecuencias, como una cuerda que resuena con un coro de armónicos. Antes esto se usaba en espectroscopia para observar procesos ultrarrápidos.

Si se pulsa con fuerza la cuerda de una guitarra, no suena una sola nota, sino varias a la vez: el tono fundamental y los armónicos. Algo parecido han hecho los físicos con la luz: dirigieron un láser infrarrojo hacia un cristal, y el cristal respondió brillando con dieciséis colores, desde el calor invisible hasta el ultravioleta más intenso.

Dos haces de luz, uno rojo y otro azul, entran en un anillo diminuto de nitruro de silicio. El anillo es más pequeño que el grosor de un cabello humano. A la entrada, ambos haces tienen el mismo brillo. Pero dentro del anillo, uno de ellos comienza a desplazar al otro, como en una disputa entre dos personas de igual fuerza, donde una de repente toma ventaja.