dispersión inelástica de neutrones

La habitación de los espejos curvos: usted está en el centro y el eco de su voz regresa desde una dirección inesperada, amplificado y distorsionado. Así también las ondas de espín en una película magnética delgada, excitadas por una antena, se reflejan en los defectos y las irregularidades y crean un enredo de campos.

En el cristal de niobato rutilo, los átomos de níquel se encuentran en jaulas de oxígeno: octaedros. A veces, uno de los átomos pierde un electrón y la carga salta al átomo vecino, como un testigo en una carrera de relevos. Pero ese salto no es aleatorio: lo desencadenan las vibraciones de toda la red.

Una película magnética de tres milésimas de milímetro de espesor reposa sobre un sustrato cristalino. Si se la excita, ondas de magnetización se propagan por ella, como círculos en el agua. Simultáneamente, en el sustrato pueden surgir vibraciones elásticas, similares al temblor de una cuerda tensa.

Las estrellas de neutrones son los últimos grumos de materia visible antes de caer en un agujero negro. En sus entrañas, la materia se comprime hasta densidades de billones de veces. Aquí, las fuerzas nucleares y la gravedad se entrelazan en una sustancia exótica, inaccesible para cualquier acelerador terrestre.

La colisión de dos estrellas de neutrones es un laboratorio cósmico donde la materia se comprime hasta densidades inimaginables. En los primeros instantes tras la fusión, se forma una nube ardiente que se enfría emitiendo neutrinos. Estas partículas invisibles se llevan la energía y dictan cuánta materia será expulsada al espacio y qué elementos pesados se sintetizan.

Las tecnologías cuánticas necesitan urgentemente un «traductor» universal entre los lenguajes de las microondas y la luz. Los qubits superconductores se comunican mediante ondas centimétricas, mientras que los fotones en fibra óptica lo hacen en frecuencias ópticas.

Intentar contar a las personas en una habitación oscura por el sonido de su respiración choca con el ruido general: no se oyen las respiraciones individuales. Un problema similar enfrentan los científicos que trabajan con espines cuánticos en sólidos. Cada espín (el momento magnético del electrón) tiene su propia "voz", pero el ruido técnico de los instrumentos la ahoga.

El cristal La3Ni2O7 se asemeja a un pastel en capas, donde el relleno de átomos de níquel y oxígeno se alterna con capas de lantano.

Una nube fría de átomos se parece a un enjambre de luciérnagas que se sienten atraídas entre sí. La atracción entre los átomos intenta reunirlos en una masa densa. Pero el temblor cuántico —el movimiento inevitable de las partículas— impide que la masa colapse. Cuando la atracción es fuerte, la nube se divide en cúmulos separados.

En lo profundo de los Apeninos, en un tanque con tres toneladas de xenón líquido, algo tiembla imperceptiblemente cada pocos días.

El cristal CeB6 es como una caja con un secreto: en su interior, los electrones pueden ocupar cuatro posiciones casi idénticas, como cuatro sillas alrededor de una mesa. Mientras nadie mira, el electrón parece estar sentado en las cuatro a la vez. Este estado oculto se denomina cuadrupolar en física, y afecta a las propiedades magnéticas, pero es difícil de observar directamente.

En los sólidos, los átomos vibran transmitiendo el sonido. A veces, esta onda no viaja en línea recta, sino que se enrolla en espiral, como un sacacorchos entrando en un corcho. En cristales comunes, estos 'vórtices sonoros' se conocen, pero en materiales magnéticos no se habían podido observar durante mucho tiempo.

Un imán de nevera se mantiene pegado porque en su interior las diminutas agujas atómicas están alineadas en una misma dirección. Pero la mecánica cuántica hace que estas agujas tiemblen, y la magnetización total se vuelve menor que la ideal.

Si calientas un cristal, sus átomos empiezan a vibrar con más fuerza, como cuerdas tensadas más o menos. En el cristal LaCoO3 (un compuesto de lantano, cobalto y oxígeno), al calentarlo de 2 a 650 K ocurren dos reorganizaciones importantes: alrededor de 100 K cambia el estado magnético de los iones de cobalto, y alrededor de 550 K el material pasa de aislante a…

Si lanzas una piedra a un estanque, se forman ondas en el agua. En un material magnético también hay ondas, pero lo que oscila no son moléculas de agua, sino las direcciones de las flechas magnéticas de los átomos. Estas ondas se denominan magnones, y su comportamiento permite comprender mucho sobre las fuerzas invisibles entre los átomos.

Un haz de electrones, retorcido como un sacacorchos, choca contra un protón. Del punto de impacto salen disparados pares de partículas: un pión positivo y uno neutro. Los físicos midieron por primera vez con qué frecuencia estos pares se separan en diferentes ángulos cuando el espín del electrón apunta hacia la izquierda o hacia la derecha.

Los materiales magnéticos pueden almacenar energía de oscilación, como un diapasón que sigue sonando después del golpe. Si se coloca un material así en una cavidad de microondas, sus oscilaciones (magnones) comienzan a interactuar con la luz (fotones).

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.