láser infrarrojo

Durante tres días seguidos, un láser golpeó un chorro de gas y, cada segundo, se generaba un haz de electrones con una energía comparable a la de un pequeño rayo. Antes, estos haces solo se obtenían en enormes salas donde el acelerador ocupaba un edificio entero. Ahora, todo el sistema cabe en una habitación y funcionó sin fallos durante 72 horas.

Una proteína es como una pequeña máquina que se enciende y se apaga bajo órdenes. La orden llega cuando otra molécula se adhiere a ella, como una llave en una cerradura. Después, la proteína cambia de forma y transmite la señal más allá. Pero cómo exactamente viaja la señal dentro de la proteína había sido un misterio durante mucho tiempo.

Un láser es como un diapasón que suena en una sola nota. Pero incluso en el silencio absoluto, su sonido tiembla un poco. Antes se creía que ese temblor —los empujones aleatorios debidos a la emisión espontánea de luz por los átomos dentro del láser— era el límite principal de precisión.

Un láser convencional es un resonador donde la luz rebota entre espejos y se amplifica. Pero los espejos pueden eliminarse y hacer que la luz circule dentro de una partícula diminuta, más pequeña que la propia longitud de onda.

Un intérprete graba una conversación de muchas horas. Si intenta retener todo el diálogo en la cabeza, al final inevitablemente tergiversará detalles. Más o menos así funcionan los observatorios de ondas gravitacionales: escuchan la «conversación» de cuerpos masivos que se acercan en espiral.

El universo está impregnado de una sustancia invisible: la materia oscura ultraligera, que no choca con la materia ordinaria pero puede temblar como una cuerda tensa. Sus vibraciones alteran las propiedades más fundamentales: la carga del electrón, la velocidad de la luz, como si la afinación de una nota cósmica fluctuara ligeramente.

La luz puede ser no solo un rayo, sino una regla de precisión extrema. Si tomamos destellos muy cortos —más cortos que un aleteo de mosca— y los emitimos uno tras otro, obtenemos un peine de frecuencias: un conjunto de colores separados por intervalos exactamente iguales, como los dientes de un peine.

Las ondas gravitacionales son como ondas en el tejido del espacio, análogas a los círculos en el agua cuando se lanza una piedra. En la Tierra, el ruido del tráfico, las mareas y los terremotos las ahogan, como una tormenta que agita un lago impidiendo ver las ondas más débiles. El proyecto LILA traslada el detector a la Luna, donde reina un silencio sin viento.

Un láser común emite líneas estrechas, como una cuerda que suena en una sola nota. Para la espectroscopía esto es incómodo: si una sustancia absorbe luz entre las líneas, puede pasar desapercibida.

El láser infrarrojo del Instituto Fritz Haber ahora funciona como un director con dos batutas. Antes producía un solo haz, en el infrarrojo medio, donde vibran las moléculas. Ahora se le ha añadido un segundo oscilador que emite luz infrarroja lejana, donde “respiran” los andamiajes moleculares completos.

Un cuásar lejano se nos presenta como cuatro puntitos de luz dispuestos en cruz. Así lo deforma la gravedad de una galaxia que se interpone en nuestra línea de visión: actúa como un vidrio imperfecto y multiplica la imagen. Cada puntito es el mismo objeto, pero su luz nos llega por caminos diferentes.

El láser de diamante convierte casi la mitad de la energía de bombeo en brillante luz amarilla, con una eficiencia del 47,7%, todo un récord para este tipo de dispositivos.

Si en el centro de una galaxia hay un agujero negro supermasivo, calienta el gas que cae hacia él hasta temperaturas increíbles. Ese gas brilla y lo vemos como un cuásar: el faro más luminoso del universo. Pero, ¿cómo medir el tamaño de la propia fuente de luz?

La radioterapia se parece a disparar un rifle de gran calibre a un blanco pequeño: incluso un disparo preciso afecta una gran área alrededor. El grosor de la "huella", llamada penumbra, en los equipos estándar es de 2 a 3 milímetros. Para un tumor en el pulmón, esto no es grave, pero cerca de un nervio o un vaso sanguíneo, esos milímetros deciden si la persona quedará sana.

Dos gotas de líquido suspendidas una junto a la otra comienzan a cantar al unísono. Una gota es como una cuerda afinada a un tono determinado, y juntas forman un láser que emite un único color limpio. Así funciona un nuevo tipo de sensor: la molécula fotónica líquida. El secreto está en que las gotas tienen tamaños ligeramente diferentes.

La luz en agua turbia se comporta como una persona en niebla densa: cada paso es una colisión y la imagen se desdibuja. Por eso un microscopio común no ve a través de la piel o la leche. Los ingenieros encontraron una vía alternativa: mirar en el infrarrojo, donde la luz choca menos con las partículas.

El láser del que hablamos no es un rayo fino, sino una pista de atletismo para la luz. Dentro de la fibra óptica corren dos pulsos ultracortos: uno en el sentido de las agujas del reloj y otro en el contrario. Cada pulso es un destello único que dura milmillonésimas de segundo.

Los rayos gamma son los destellos de luz más energéticos que nacen en las profundidades de los átomos. Su energía es como una huella dactilar: cada elemento radiactivo tiene su propio patrón. Pero medir ese patrón con alta precisión es como pesar un grano de arena en una balanza colocada sobre un camión que vibra.

Un rayo láser normalmente tiembla un poco, como una cuerda después de ser pulsada. En los relojes ópticos, ese temblor se convierte en un error en la marcha. Los ingenieros sustituyeron la luz temblorosa por una luz estable, y el reloj de vapor de rubidio ahora late cinco veces más regular.

Un láser común emite un solo color, como una nota en un piano. Pero para buscar moléculas en el aire se necesita un instrumento que recorra rápidamente muchos colores, como un músico que toca una escala. Ese tipo de láser se llama sintonizable, y cuanto más rápido cambia de color, más rápido se puede "olfatear" el aire.

En las frías nubes entre las estrellas, donde nacen nuevos astros, se lleva a cabo un trabajo químico invisible. Moléculas simples chocan, intercambian átomos y se ensamblan en cadenas que más tarde podrían formar parte de planetas. Una de esas cadenas es el ion NCCO+, compuesto por nitrógeno, dos carbonos y oxígeno.

La luz ultravioleta con una longitud de onda de unos 300 nanómetros es invisible al ojo, pero puede destruir el ADN de los microbios, hacer que algunas sustancias brillen y transportar información. Hasta ahora, los láseres en este rango eran voluminosos, caros o de corta vida.

En los aceleradores gigantes, las partículas viajan casi a la velocidad de la luz y chocan de frente. Pero a veces un haz resulta un poco más denso que el otro, como si en una escalera mecánica abarrotada alguien se pusiera en el sentido contrario. Entonces las colisiones ocurren de manera desigual y los instrumentos empiezan a "parpadear", alterando las mediciones.

Una cámara térmica convencional se parece a un termómetro que se calienta y se enfría lentamente. Muestra bien dónde hay calor, pero no sigue el ritmo de los movimientos rápidos. El nuevo sensor funciona de otra manera: cuenta los cuantos de calor individuales, como un contador de gotas durante la lluvia.

Se puede atrapar la luz en un espacio más pequeño que una mota de polvo. Los cristales fotónicos son redes que impiden que la luz se disperse y la obligan a circular. Antes, estas estructuras se cultivaban sobre un sustrato macizo y resultaban demasiado voluminosas para las células vivas.

Una cámara térmica normalmente funciona como un termómetro con matriz: mide cuánto se ha calentado cada píxel y lo convierte en imagen. Pero este método tiene un límite: el ruido propio del aparato impide ver el calor débil.

Un ordenador cuántico se parece a una orquesta que solo toca en silencio absoluto. El más mínimo ruido y la frágil melodía se desmorona. Para los dispositivos cuánticos, ese ruido es el calor: incluso la débil radiación infrarroja de los componentes cercanos calienta los cúbits y borra sus estados cuánticos.

La teoría de la gravedad de Einstein — la relatividad general — casi no se encuentra con la física cuántica en experimentos directos. Aquí los científicos construyeron sobre una mesa un laberinto de vidrio de 50 kilómetros y lanzaron fotones individuales.

En 1976, el físico canadiense Bill Unruh planteó una pregunta sencilla: ¿qué ve un observador que se acelera en el vacío? La respuesta resultó extraña: el vacío deja de estar vacío. El observador acelerado se baña en radiación térmica con una temperatura proporcional a la aceleración.