pulso láser

De noche, en la orilla, hay un faro. Su lámpara permanece apagada casi todo el tiempo, pero cada pocos días, durante una fracción de segundo, emite un destello tan intenso que se ve más allá del horizonte.

Cuando un rayo láser incide en un gas, arranca electrones de los átomos y los acelera hasta casi la velocidad de la luz. Estos electrones, al atravesar el plasma, emiten rayos X, como una estela luminosa dejada por una partícula veloz.

Un rayo láser normal va recto, como la luz de una linterna. Pero la luz se puede retorcer en espiral, como el hilo de un sacacorchos. Ese rayo lleva momento angular orbital: no solo ilumina, sino que también hace girar todo lo que encuentra. Los físicos dirigieron esta luz retorcida hacia un plasma para acelerar electrones.

Dos electrones que salen de la punta de una aguja metálica casi al mismo tiempo comienzan a repelerse, como dos personas que intentan pasar a la vez por una puerta estrecha. Cuanto más cerca están el uno del otro, más se estorban.

Los púlsares son estrellas de neutrones que giran rápidamente y emiten pulsos de radio como un faro. Pero algunos permanecen en silencio casi todo el tiempo, y solo de vez en cuando lanzan un pulso solitario. A estos objetos se les llama radiotransitorios rotantes (RRAT). Se descubrieron hace casi veinte años, pero siguen siendo un misterio.

La galaxia no es un lago liso, sino un estanque con ondas. Estas ondas las crea la materia oscura ultraligera (partículas miles de millones de veces más ligeras que el electrón). Las oscilaciones de su campo alteran ligeramente el ritmo de los púlsares lejanos — faros cósmicos cuyas señales captan los radiotelescopios terrestres.

Una cuerda suena perfectamente limpia hasta que una corriente de aire la roza. Más o menos así funciona el láser superradiant: un haz de átomos, previamente cargados de energía, atraviesa una habitación de dos espejos — el resonador óptico (una trampa donde la luz rebota de un lado a otro).

Un láser de fábrica, que en producción corta y suelda metal, se ha hecho funcionar por primera vez como acelerador de partículas. Los físicos tomaron un láser estándar de iterbio —cuyo núcleo es un cristal del tamaño de una palma— y convirtieron sus destellos en una herramienta para acelerar electrones hasta casi la velocidad de la luz.

Imagina a un bailarín de tres rostros en la cresta de una ola de luz. Un rostro es el receptor, absorbiendo los fotones incidentes. Otro, un espejo perfecto que devuelve la luz. El tercero, un vidrio esmerilado que dispersa los rayos en todas direcciones. A baja velocidad, la danza es armoniosa. Pero a velocidades relativistas, la coreografía se desmorona.

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.

Los pequeños imanes dentro de los átomos —los espines nucleares— pueden "congelarse" durante largos minutos en un cristal frío. Esto dificulta el ajuste rápido de los sensores cuánticos: todo tarda demasiado en alcanzar el estado deseado. Los físicos han encontrado una manera de impulsarlos con luz.

El láser golpea un blanco de alambres delgados y, en decenas de femtosegundos (milmillonésimas de milmillonésima de segundo), arranca de ellos un flujo de protones. Estos protones entran en un convertidor de litio y deuterio, donde nacen los neutrones.

Un flash fotográfico común dura milésimas de segundo. Un pulso de attosegundos es un billón de veces más corto: en el tiempo que dura, la luz recorre una distancia menor que el tamaño de un átomo.

Una mancha solar —una isla oscura en la superficie abrasadora— respira. Cada tres minutos, una onda se desprende de ella, recorre un arco magnético invisible y hace que el plasma sobre la mancha vecina emita una ráfaga de radio. Siete de estas ráfagas consecutivas fueron captadas por radiotelescopios el 14 de febrero de 2024.

Un flash fotográfico normal se congela en centésimas de segundo, pero para los átomos eso es una eternidad. Dentro de las moléculas, los electrones saltan en attosegundos: milmillonésimas de milmillonésima de segundo. Para capturar algo así se necesita un pulso de luz más corto que el propio evento.

La luz puede transportar información más rápido que cualquier electrónica. Pero normalmente, entre el ordenador y el láser se encuentra un convertidor digital-analógico, un dispositivo que convierte los ceros y unos en señales eléctricas. Es precisamente lo que frena todo el proceso. El nuevo transmisor prescinde de este intermediario.

Un destello láser de 50 femtosegundos es como un disparo que dura una milmillonésima de segundo. En ese tiempo, la luz recorre solo 15 micrómetros, menos que el grosor de un cabello humano. Pero si ese destello se hace pasar por un amplificador, empieza a estirarse como una goma elástica y pierde su nitidez.

Bajo tierra, en una antigua mina de oro, hay un tanque con xenón líquido. Si una partícula de materia oscura lo atraviesa, el xenón destella. Pero también destella con partículas ordinarias, como neutrinos o restos de radiactividad. El desafío es saber qué destello proviene de la materia oscura y cuál es ruido.

El rayo láser incide sobre una película de oro y plata durante apenas unos nanosegundos: en ese tiempo, la luz recorre una distancia menor que un metro. En el punto de impacto, el metal hierve, se dispersa y se solidifica formando un patrón aleatorio de diminutas partículas. Cada patrón es irrepetible, como las grietas en el hielo o las ramas de un árbol.

En lo profundo de la constelación del Águila se esconde una nebulosa que parece una burbuja que se infla. La infla una diminuta estrella del tamaño de una ciudad: un púlsar que da varias vueltas por segundo y pierde energía de rotación. Normalmente, estas burbujas brillan exactamente con la intensidad que permite su púlsar.

Dos ciudades: una con calles rectas y ordenadas, la otra con callejones laberínticos. Si por ambas se hace pasar un potente chorro de agua, en la primera el agua se escurrirá rápido por los canales, mientras que en la segunda inundará todo a su alrededor. Algo así ocurre con los tejidos durante la radioterapia ultrarrápida, conocida como FLASH.

Destellos rítmicos de un faro en medio de una niebla espesa: así se ve la búsqueda de púlsares. El faro gira y su haz llega periódicamente al telescopio. Pero la niebla desdibuja la luz y el período parece un poco diferente.

En la densa esfera de cientos de miles de estrellas que llamamos cúmulo globular, los radiotelescopios han captado un ritmo débil pero muy nítido. Cada 2,45 milisegundos —es decir, 408 pulsos por segundo— llega un pulso de radio.

El radiotelescopio VLA ha estado observando la nebulosa del Bumerán, una nube inflada por el viento de una estrella de neutrones que gira rápidamente. En las nuevas imágenes han aparecido detalles del tamaño de un disco lunar en el cielo: un núcleo alargado alrededor del púlsar y un largo arco que lo rodea por el norte.

Un rayo láser normalmente viaja en línea recta, como un chorro de agua de una manguera. Pero, ¿y si retorcemos ese chorro como la espiral de un sacacorchos? Obtendríamos un resorte de luz: un haz que, además de avanzar, gira alrededor de su propio eje.

Un pulso láser que viaja a través de un plasma es como un corredor que se abre paso entre la multitud: empuja a los electrones y deja tras de sí un canal de baja densidad, igual que la gente se aparta ante un velocista.

Un blázar es una galaxia lejana desde cuyo centro surge un chorro de plasma dirigido casi directamente hacia nosotros. Dentro de ese chorro, las partículas se aceleran hasta velocidades cercanas a la de la luz y emiten una radiación potente.

Un anillo del tamaño de un plato de comida hizo que un haz de electrones corriera en círculos. Su diámetro es de 22 centímetros y una vuelta completa tarda apenas 4,7 nanosegundos. Para que te hagas una idea: en un segundo, ese electrón daría más de doscientos millones de vueltas.

La estrella de neutrones PSR J1101-6101 surca el espacio a una velocidad que quita el aliento. Deja tras de sí una estela de partículas cargadas, como una lancha que a toda máquina corta el agua y arrastra una espuma.

Incluso en un rayo láser hay un temblor invisible: el ruido cuántico. Los físicos han aprendido a «comprimirlo», como un globo apretado por la cintura: el ruido se atenúa en una dirección pero se amplifica en otra. Los científicos escondieron el ruido sobrante donde no interfiera con las mediciones precisas de luz.

Durante doce años, los astrónomos del radiotelescopio LPA en Pushchino estuvieron a la escucha de la misma región del cielo: la dirección hacia la galaxia 3C 33. En todo ese tiempo, captaron solo seis breves señales de radio, cada una con una duración de entre uno y cuatro minutos.

Hay una porción de la luz que durante mucho tiempo fue un punto ciego: de 5 a 15 terahercios. No son ondas de radio ni calor infrarrojo, sino algo intermedio, donde las moléculas oscilan de manera especialmente característica. Científicos de Alemania han construido un dispositivo que por fin se asoma a esta 'nueva brecha de terahercios' e incluso más allá, hasta más de 25 terahercios.

Escalar un computador cuántico es como tejer una telaraña de luz: cada hilo tiembla con el aliento térmico, amenazando con romper el patrón apenas esbozado.