espectroscopia láser

La luz que incide sobre la materia normalmente se dispersa o la calienta. Pero si los fotones son muy numerosos y muy energéticos, dos cuantos de luz pueden colisionar y desaparecer, y en su lugar aparecen dos partículas: un electrón y su antipartícula, el positrón. Este proceso, predicho ya en 1934, no se había podido reproducir en el laboratorio con fotones reales.

Un cartógrafo recibe una hoja con las distancias entre cientos de islas sin nombre. Ninguna isla está etiquetada, pero las distancias se repiten, forman triángulos y cuadriláteros. Con esas repeticiones, el cartógrafo reconstruye el mapa del archipiélago, sin saber cómo se llama cada isla.

La luz que pasa junto a una estructura diminuta cambia de dirección. Si la estructura es más pequeña que la longitud de onda de la luz, actúa como una lente y concentra la luz en un punto más pequeño que la propia onda.

El núcleo atómico no es un saco de canicas, sino una estructura ordenada donde los protones y neutrones llenan capas, como los electrones en el átomo. Cuando una capa se llena, el núcleo se vuelve especialmente estable, y al número de partículas se le llama mágico. Para el calcio, con 20 protones, los números mágicos clásicos de neutrones son 20 y 28.

Un micrófono ultrasensible no escucha el sonido, sino el temblor del propio espacio. Así funcionan los detectores de ondas gravitacionales: LIGO, Virgo, KAGRA.

Una gota de agua en la palma de la mano contiene aproximadamente $$10^{21}$$ moléculas, y cada una está formada por tres átomos rodeados de un enjambre de electrones. Para entender cómo se comporta la materia, los físicos resuelven ecuaciones para esos electrones. El problema es que el número de ecuaciones crece en avalancha: para N electrones hay que almacenar $$N^2$$ números.

Después de que Paul Dirac predijera teóricamente la antimateria, los físicos buscan las más mínimas diferencias entre partículas y sus antipartículas.

Una gota de sangre extraída de una vena se expone a tres haces de luz, y cada uno saca a la luz sus propias pistas. El haz infrarrojo hace vibrar las moléculas; por esa vibración se sabe cuántos azúcares y grasas hay en la muestra.

Cien personas hablan a la vez en una sala grande. Intentas escuchar a una, pero las voces se mezclan, algunas susurran y ni siquiera sospechas que existen otras. Así se siente un analizador de gas láser común cuando decenas de sustancias se mezclan en una cámara de combustión o en una tubería de fábrica.

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.

Un láser impacta un fragmento de roca de otro planeta. La piedra se evapora y el instrumento captura las partículas dispersas y las clasifica por peso.

Las estrellas calientes masivas son las cocinas del universo, donde se preparan los elementos pesados. Terminan su vida con explosiones de supernovas. Para entender su receta, los astrónomos usan espectroscopía: el análisis de la banda de arcoíris de luz al pasar por un prisma. Antes, descifrar ese “menú” tomaba horas.

Los rayos cósmicos son partículas cargadas que bombardean continuamente la Tierra desde las profundidades del espacio. Cuando una de estas partículas entra en la atmósfera, choca con los núcleos del aire y genera toda una cascada de partículas secundarias: electrones, muones, fotones.

En la oscuridad se enciende una chispa diminuta. Un rayo gamma nacido dentro del cuerpo del paciente incide en un cristal y arranca de él un haz de luz. La tarea del detector es saber exactamente dónde ha ocurrido. Cuanto más precisa sea la respuesta, más nítida será la imagen en la pantalla del tomógrafo.

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".

El átomo de helio es como un diminuto sistema solar: los electrones se mueven alrededor del núcleo, pero sus órbitas están regidas por reglas estrictas. Los científicos han aprendido a espiar estos movimientos con una precisión asombrosa.

En un tanque de agua pura, las partículas que viajan más rápido que la luz en ese medio dejan destellos azulados, como un avión que rompe la barrera del sonido genera un trueno. Con esos destellos se puede saber qué visitante ha pasado: un cuanto gamma o un neutrón. La tarea no es trivial: en fronteras y almacenes hay que distinguir rápidamente una carga radiactiva inofensiva de un material apto para armas.

Las nubes de hielo saben hacerse pasar por nubes de agua. Un lidar satelital envía un pulso láser corto hacia abajo y capta el reflejo. Si en la nube hay placas de hielo planas flotando horizontalmente, funcionan como espejos diminutos: la luz rebota hacia atrás casi sin pérdidas. Para el instrumento, ese destello se ve igual que el reflejo de las gotas de agua.

Una película delgada de dióxido de torio de solo 10 nanómetros de espesor está depositada sobre un disco de acero. El pulso láser incide en ella, pero en lugar del brillo esperado, el detector capta un flujo de electrones.