interferencia

Un reflector con haz de ancho variable barre la costa. Su luz son las largas olas oceánicas que nacen en la zona de rompiente y se propagan en ambas direcciones: hacia la playa y hacia mar abierto. Antes se consideraba que este reflector era puntual, pero la zona real de rompiente, donde rompen las olas cortas, tiene un ancho finito que cambia a medida que el frente avanza y retrocede.

Dos cuerdas están tensas una al lado de la otra: una gruesa y sorda, la otra fina y vibrante. Si se pulsa la gruesa, el sonido resulta difuso, sin una altura definida. La fina, en cambio, responde con un tono puro. Pero si se las acopla, aparece un efecto inesperado: en el espectro se forma una caída abrupta, como si alguien apagara el sonido en una sola nota.

La corona solar es la atmósfera exterior del Sol, calentada a millones de grados. Cómo se calienta no está del todo claro. Uno de los candidatos son las ondas de torsión: retuercen las líneas de campo magnético como si estrujaras una goma elástica.

Dos piedrecitas caen al agua a cierta distancia. Las ondas que generan corren una hacia la otra y en algunos lugares se cancelan: el agua queda lisa, aunque cada piedra por separado habría creado ondas. Algo parecido hace un par de fotones (partículas de luz) nacidos en el mismo cristal y que vuelan en direcciones opuestas.

Una piedra cae en un estanque y se forman círculos en el agua. De manera similar, los cuerpos masivos generan ondas gravitacionales, solo que aquí es el propio espacio el que oscila. Hasta ahora, estas ondas se han detectado con enormes detectores: estos se estremecen ligeramente cuando una onda los atraviesa. ¿Y qué ocurre a nivel microscópico, dentro de un diminuto trozo de materia?

El grafeno, una lámina de carbono de un átomo de espesor, se comporta como la superficie de un agua tranquila, hasta que aparece la superconductividad. Entonces, como ondas que se expanden desde una piedra lanzada, se propagan ondas inusuales: pares de electrones se mueven sin fricción.

El plasma no es solo un gas caliente, sino toda una orquesta de partículas cargadas, donde cada grupo toca su propia parte. Los iones pesados (átomos que han perdido electrones) marcan el ritmo lento, mientras que los electrones ligeros se mueven diez mil veces más rápido.

En los primeros instantes después del Big Bang, el universo experimentó una expansión vertiginosa — la inflación—, que estiró las fluctuaciones cuánticas hasta escalas que hoy vemos en la radiación de fondo de microondas.

En 1915, Альберт Эйнштейн y Wander Johannes de Haas demostraron que al magnetizar una barra de hierro, esta gira ligeramente: el momento angular de los electrones se transfiere a la red cristalina.

Las señales de radio en una habitación se comportan como el sonido en una sala de conciertos: al rebotar en paredes y objetos, crean un patrón irrepetible, una melodía silenciosa de cada lugar. El teléfono, como un oído atento, capta esa melodía entre interferencias y distorsiones. Memoriza qué acorde corresponde a la esquina del sofá y cuál al marco de la puerta.

Un rayo de luz entra en un vidrio esmerilado y se apaga: algo común. Pero los físicos saben desde hace tiempo cómo hacer que la luz lo atraviese sin perder ni un fotón. Ese truco se llama transparencia inducida electromagnéticamente: dos ondas de luz se cancelan mutuamente en el punto adecuado y la absorción desaparece.

El grafeno — un cristal bidimensional de carbono — ha tentado a los físicos durante mucho tiempo con la esperanza de una superconductividad a alta temperatura.

En los primeros instantes después del Big Bang el universo no era un vacío silencioso, sino una caldera hirviente de plasma, impregnada de ondas sonoras. Cuando la temperatura descendía, el cosmos experimentaba transiciones de fase: reestructuraciones espontáneas que generaban burbujas de una nueva fase.

Unos instantes antes de un eclipse total, unas bandas de sombras rápidas se deslizan por el suelo, como las ondas que producen las piedras al caer al agua. Este fenómeno ha desconcertado a los científicos durante siglos. Resulta que todo se debe a que la luz es una onda. El Sol no es una lámpara puntual, sino un disco enorme.

Los científicos hicieron que las ondas electromagnéticas se perdieran para siempre en un laberinto tridimensional de partículas metálicas. Antes esto solo se lograba con el sonido o los electrones. La entropía —medida del caos— actuó aquí como un callejón sin salida: las ondas se superponían y se anulaban mutuamente, perdiendo dirección.

Lanza dos piedras a un estanque al mismo tiempo: las ondas en el agua se propagarán de manera uniforme y coordinada. Así ocurre en un interferómetro cuántico: una partícula se divide en dos ondas que viajan por caminos distintos y luego se reencuentran. En el caso ideal, sus crestas coinciden.

Una piedra cae en un estanque y se forman círculos en el agua. Si en su camino se encuentra una rama que sobresale, parte de la ondulación se refleja y parte la rodea. De manera similar se comportan las ondas gravitacionales —la ondulación del propio espacio-tiempo— cuando pasan cerca de cúmulos de galaxias o agujeros negros.

Si tiras una piedra a un estanque, se forman ondas que se expanden en todas direcciones. Ahora imagina que el estanque se convierte de repente en gelatina, y lo hace instantáneamente, más rápido de lo que tarda la onda en completar una cresta.

La luz solar incide sobre una oblea de silicio y en el circuito aparece una corriente. Es el funcionamiento habitual de una célula fotoeléctrica: la luz expulsa electrones y la unión p-n (la frontera entre dos capas con distinta conductividad) los obliga a moverse en una dirección.

Lanza una piedra a un estanque: se formarán ondas en el agua. Si lanzas dos piedras cerca, las ondas se cruzarán, creando un patrón de ondas reforzadas y anuladas. Esto es la interferencia.

Dos péndulos casi idénticos se ponen en marcha al mismo tiempo. Uno se amortigua rápido, el otro oscila durante mucho tiempo. En algún momento, sus movimientos se superponen — y en el patrón conjunto emerge un sutil desplazamiento, imperceptible por separado.

Una piedra cae en un estanque y las ondas se expanden por el agua. Pero si la piedra es muy pequeña y el agua no es del todo común, las ondas la atraviesan sin siquiera darse cuenta. Algo así ocurre con las vibraciones sonoras en el helio superfluido: a energías extremadamente bajas, se filtran a través de los obstáculos como si no existieran.

Los detectores de ondas gravitacionales funcionan como micrófonos sensibles que captan el temblor del espacio causado por catástrofes cósmicas lejanas. Cuando dos agujeros negros se fusionan en uno, el objeto recién nacido resuena como una campana, y ese tañido es una «voz» única de la gravedad.

Una piedra cae en un estanque: los círculos se expanden y desaparecen. Pero en un canal estrecho, a veces la ola se agrupa en una joroba y avanza sin cambiar de forma, kilómetro tras kilómetro. Estas olas solitarias testarudas se llaman solitones. Y si la cresta no es suave, sino puntiaguda, como un muelle comprimido al límite, es un picón.

Una piedra cae en un estanque y por el agua se extienden círculos perfectos. Pero el fondo del estanque está sembrado de piececitas de vidrio invisibles: cada una retrasa un poco la onda, en algún lugar la dispersa, en otro cambia su paso.

Una placa de platino en una cámara con gas enrarecido, y sobre ella corren olas. No son olas de agua, sino químicas: zonas donde la superficie está cubierta de oxígeno se alternan con zonas donde se adhiere monóxido de carbono.

Un nadador que corta el agua a la velocidad de las olas que corren sobre ella se encuentra en una situación extraña: las olas que él mismo genera no pueden ni adelantarlo ni quedarse atrás. Se acumulan frente a su proa y se congelan. Un fenómeno similar ocurre cuando una fuente de luz se mueve dentro de un medio a una velocidad que coincide con la velocidad de transferencia de energía de las olas.

Un diminuto puente de diamante vibra con tanta fuerza que empieza a 'cantar' en muchas frecuencias a la vez. Antes, estas oscilaciones se frenaban a sí mismas: cuanto más se balanceaba el resonador, más difícil era añadirle energía. Los físicos encontraron una grieta en esta regla. Usaron luz para hacer vibrar el diamante. La luz empuja el puente, y este comienza a temblar.

Normalmente, la corriente eléctrica es igual en ambas direcciones, como el agua en una tubería recta. Pero en la frontera entre un metal normal y un superconductor, esta regla se rompe. Dos ondas en el agua, al rodear un obstáculo ancho por lados opuestos, pueden llegar con diferente retraso y encontrarse «desfasadas».

Los cilios son diminutos pelos en la superficie de las células. Baten como remos y mueven el líquido. En los pulmones, expulsan el polvo y los microbios hacia afuera. Pero su longitud varía: en los humanos miden milésimas de milímetro, mientras que en los ctenóforos alcanzan varios milímetros.

Dos emisores diminutos, cada uno del tamaño de un átomo, pueden juntos lograr lo que por separado no podrían. Hablamos de la dispersión de la luz: cuando la luz incide sobre partículas y se esparce en todas direcciones. Normalmente, un par de partículas dispersa la luz solo un poco más que una sola.

La luz blanca ordinaria es una mezcla de todos los colores a la vez, como el ruido de una multitud donde cada persona habla en su propia frecuencia. Los científicos, en cambio, necesitan luz cuyas frecuencias estén alineadas con precisión, como las teclas de un piano, donde cada nota suena por separado y con exactitud.

En una pequeña caja de cobre, parecida a una caja de cerillas, viven ondas magnéticas. Surgen en un diminuto cristal de granate de hierro e itrio cuando se hacen pasar ondas de radio a través de él. Dos ondas con diferentes características —una rápida y otra lenta— normalmente no se perciben entre sí.

Si comprimes una placa con celdas en forma de acordeón, una onda de pliegue recorrerá su superficie, como un doblez en una alfombra cuando la empujas con el pie. Estas ondas pueden cambiar el material entre dos formas estables, y sobre esto se construye la memoria mecánica. Pero si en el camino del doblez aparece la pata de una mesa, se atasca. En el nuevo trabajo se muestra cómo moverlo sin usar fuerza bruta.

Un superconductor ordinario pierde resistencia al enfriarse, y la corriente fluye sin pérdidas. Pero en películas ultrafinas es diferente: el material oscila entre el estado normal y el superconductor, y en ese intervalo surgen extrañas ondas de resistencia. La resistencia sube y baja, como si alguien girara la perilla del volumen.

Lanza un puñado de piedrecitas a un estanque y los círculos que se expanden se cruzarán, creando crestas y calmas. Más o menos así se comportan las ondas gravitacionales, predichas por Einstein. Solo que no es el agua lo que oscila, sino el propio espacio-tiempo.

La onda expansiva golpea la superficie y esta comienza a arrugarse, como una alfombra sobre la que se pasa bruscamente el pie. Estas arrugas crecen, se enrollan en vórtices y mezclan todo a su alrededor. En la fusión nuclear, esa mezcla es un gran problema: el combustible no se comprime de manera uniforme y la reacción se apaga.

El radiotelescopio capta una señal de la Nebulosa del Cangrejo, y en la pantalla, en lugar de una línea uniforme, aparecen bandas claras y oscuras, como en la piel de una cebra. Es la emisión del púlsar, una estrella de neutrones que gira rápidamente y que quedó tras la explosión de una supernova.

Si lanzas una piedra a un estanque, se forman círculos en el agua. En un diminuto cristal magnético también hay ondas, solo que no oscila el agua, sino la dirección de la magnetización. Estas ondas se llaman ondas de espín. Se propagan por el cristal como ondulaciones en la superficie y pueden transportar información.

En una nube ultrafría, los átomos de potasio se comportan como ondas que pueden superponerse y amplificarse mutuamente, de forma parecida a como las ondas sonoras en un instrumento musical producen un acorde fuerte. Los físicos han aprendido a controlar este proceso variando la fuerza de interacción entre los átomos mediante un campo magnético.