holografía

Una baraja de cartas en la que cada carta está ligeramente girada no puede quedar perfectamente alineada: los dorsos y los diseños nunca coinciden. Pero si las cartas son flexibles, comienzan a ajustarse, desplazándose fracciones de milímetro para encontrar la coincidencia ideal. Algo similar ocurre dentro de los cristales cuando dos capas gruesas de MoS2 o de MoS2 con WS2 se apilan con una rotación de 1 a 2 grados.

El rayo láser en unas pinzas ópticas no es solo un punto de luz, sino una bolsa de fuerza. Una partícula que cae en él normalmente rueda hacia el punto más brillante, como una canica en un hoyo.

En 2019, el mundo vio la primera imagen de la sombra de un agujero negro: un donut naranja sobre fondo negro que se convirtió en símbolo del progreso científico. Pero esa imagen no fue captada por una cámara: nació de la alquimia matemática, donde los datos de ocho radiotelescopios, que apenas recogieron migajas de señal, se fusionaron en una imagen única.

Si aplaudes en una habitación vacía, el eco revelará su tamaño y forma. Cada objeto —una silla, un libro, una persona— añade su propia firma a ese eco: el sonido se refleja en él de una manera particular. Los autores del artículo han ideado cómo reescribir por completo esa firma sonora. Rodearon una región del espacio con una superficie cerrada de micrófonos y altavoces.

Una piedra lanzada vuela en un arco suave: su trayectoria es fácil de predecir. Pero si la piedra rebota en el agua, la trayectoria se vuelve quebrada y mucho más interesante. Algo similar ocurre con las partículas cuánticas cuando su estado no es una onda tranquila con energía fija, sino una mezcla turbulenta de varias ondas a la vez.

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.

El ultrasonido atraviesa el hueso como la luz solar a través de un vidrio esmerilado, pero la imagen resultante es borrosa. El cráneo es irregular y denso, dispersa las ondas sonoras, por lo que es difícil dar en el blanco exacto en el cerebro.

Un lidar convencional es como un pintor que dibuja un paisaje pero solo ve sombras grises. Mide con precisión la distancia a cada punto, pero no puede decir si eso es piedra, madera o plástico. Para conocer la composición se necesita un espectrómetro, un dispositivo aparte que funciona lentamente y no sigue el ritmo de un escáner rápido.

Una hoja de papel normal parece blanca porque dispersa caóticamente todos los rayos. Pero el ala de una mariposa brilla en azul y verde sin una sola gota de pintura: su superficie está cubierta de surcos microscópicos que apagan unas ondas de luz y amplifican otras.

El haz de una linterna en la niebla se descompone en miles de pequeños puntos débiles. Cada uno de ellos es luz que se ha reflejado muchas veces en las gotas de agua antes de llegar al ojo. Para entender este desorden, los físicos elaboran una tabla especial: la matriz de dispersión. En ella se registra cómo cada rayo entrante se convierte en un conjunto de rayos salientes.

Un río fluye en una dirección, mientras una ola en su superficie avanza en la contraria. Esa misma dualidad ocurre en los materiales hiperbólicos: la energía de la onda luminosa y sus frentes de onda divergen, impidiendo crear una lente nítida.

Una canica de vidrio en un vaso de agua es casi invisible, pero si la miras a través de un mantel a cuadros, las líneas detrás de ella se curvan. Las células transparentes se comportan igual: la luz las atraviesa, pero se ralentiza ligeramente y cambia de dirección. Un microscopio normal no puede captar ese cambio: se necesitan colorantes, que a menudo matan a la célula viva.

Cuando dos rayos de luz se encuentran en un cristal, pueden generar un tercer rayo con una frecuencia diferente. Para que este proceso sea eficiente, las ondas deben ir al mismo paso, como dos personas que caminan juntas sin desincronizarse. Antes se usaban dos trucos: o se elegía un cristal con las propiedades adecuadas, o se cortaba en capas finas.

El bosón de Higgs vive increíblemente poco: menos de una milmillonésima de segundo. No se puede capturar directamente, por lo que los físicos observan lo que queda tras su desintegración: chorros de partículas, muones, neutrinos. Pero parte de la información se pierde si solo se consideran las huellas explícitas de la desintegración y no todo el evento en su conjunto.

Una gota de sangre cae sobre un diminuto sensor y, en un minuto, el médico ya sabe cuántos defensores de cada tipo hay en ella. Así se vislumbra el futuro del análisis de sangre, un futuro que los ingenieros daneses han acercado. En lugar de un microscopio convencional con lentes, han construido un dispositivo sin lentes.

La luz infrarroja con una longitud de onda de unos tres micrómetros es el rango de trabajo para identificar moléculas: cada molécula absorbe la luz en sus frecuencias características, dejando una "huella dactilar".

La luz cuántica no es solo un flujo de partículas, sino un intrincado patrón de espacio y tiempo. Un fotón individual puede estar estirado, comprimido, disperso en diferentes direcciones.

En una habitación oscura, sobre la mesa hay un puntero láser, un trozo de vidrio con tejido y una cámara normal de teléfono. La luz atraviesa la muestra y en la imagen no aparecen células, sino un patrón de bandas claras y oscuras, como la sombra del follaje en una pared.

Una impresora 3D normal extruye plástico como un pastelero que decora con manga pastelera. Aquí, en lugar de plástico, se usa luz. Un rayo láser dibuja en una resina líquida, haciendo que se endurezca en los puntos deseados. Así nacen piezas que no se pueden ver sin un microscopio.

El haz de una linterna en la niebla dibuja un cono, pero no puede tallar una figurita en una nube. Una holografía es como una plantilla para la luz: sabe de antemano dónde concentrarse en puntos brillantes y dónde quedarse en sombra. Ahora, esa plantilla hace que la resina líquida se endurezca de una vez en todo el volumen, sin impresión capa a capa.

La luz es como un coro de muchas voces: en ella se entrelazan el color, la dirección de oscilación y los cambios instantáneos. Una cámara normal solo escucha una voz, y las demás se pierden. Los científicos han construido una cámara que escucha todo el coro a la vez, y con una sola imagen entiende lo que ocurre.

La luz, al atravesar una placa con un patrón, se combina dentro de un líquido transparente formando un dibujo tridimensional. Donde la luz es más intensa, la resina se endurece. Tras 7,5 segundos, se extrae del líquido una pieza terminada, con cavidades, canales y diminutas protuberancias. Una impresora 3D normal imprime punto a punto o capa a capa.

El láser incide en el tejido y este responde con un chasquido apenas audible: una onda sonora. La captan unos sensores y con ellos se construye una imagen de lo que hay dentro. Así funciona la imagen fotoacústica: la luz penetra en profundidad y el sonido saca la imagen al exterior. En el nuevo esquema no hay sensores.

El haz de una linterna incide sobre un vidrio irregular y en la pared aparece un patrón de motas claras y oscuras. Antes, ese patrón se consideraba ruido inútil. Ahora, con él se reconstruye una imagen tridimensional. En el nuevo sistema, la luz proveniente del objeto atraviesa una placa especial con irregularidades conocidas.

Los algoritmos informáticos diseñan chips ópticos que separan las señales por colores no mediante líneas rectas, sino a través de misteriosos laberintos sinuosos. Estos patrones caóticos, casi orgánicos, funcionan perfectamente, pero hasta ahora nadie sabía qué parte del diseño era realmente importante.

Un agujero negro no es simplemente el cubo de basura del universo, sino más bien una caja fuerte con código secreto. Durante décadas se pensó que cualquier señal enviada hacia el horizonte de sucesos se refleja parcialmente: el espacio-tiempo curvo actúa como un espejo deformante y parte de la energía siempre regresa.

Cuando la luz atraviesa un tejido biológico o un vidrio esmerilado, se dispersa y pierde la imagen. Investigadores del Instituto de Nanociencias de París demostraron que un medio dispersivo puede ajustarse para que transmita imágenes codificadas en las correlaciones de fotones entrelazados, pero siga siendo opaco para la luz clásica.

La luz es una invitada caprichosa. Entra en el resonador, pero no se queda: parte del pulso se refleja inevitablemente y se lleva consigo información cuántica. Los esquemas clásicos de captura de una sola pasada chocan con este límite, por mucho que se mejore el control.

Dos fotos del mismo lugar: una tomada por la mañana con un dron, otra por la tarde desde un satélite. En la primera se ven sombras de árboles; en la segunda, reflejos en el agua. Es como dos relatos del mismo suceso en dialectos distintos: las palabras se parecen, pero la gramática es diferente. El registro de imágenes es un traductor que encuentra un idioma común entre esos fotogramas.