atrapamiento por láser

En una habitación oscura se puede sostener una esfera luminosa sin tocarla: las paredes de rayos la empujan, pero no la queman. Así, más o menos, funciona la trampa que se construyó en Río de Janeiro para células de levadura. Unas pinzas ópticas normales, es decir, un rayo láser enfocado, actúan como tenazas de luz, pero esa misma luz atraviesa la célula de parte a parte.

Un pulpo, con los tentáculos extendidos, espera. Nadie controla sus brazos desde un centro único, pero en cuanto una presa roza uno de ellos, los ocho se enrollan a su alrededor. Algo parecido han reproducido los físicos en el laboratorio con un cuerpo que no tiene ni neuronas ni músculos: un polímero estrella con brazos autopropulsados.

Un rayo láser enfocado hasta el tamaño de una mota de polvo puede sostener una molécula individual, como unas pinzas sostienen una cuenta diminuta. Pero llenar un centenar de esas pinzas con exactamente una molécula cada una es una tarea similar a intentar verter una gota de agua en cada hueco de una huevera sin derramar ni una sola gota.

El rayo láser en unas pinzas ópticas no es solo un punto de luz, sino una bolsa de fuerza. Una partícula que cae en él normalmente rueda hacia el punto más brillante, como una canica en un hoyo.

Un rayo láser impacta en un blanco delgado escondido entre capas de otro material. En milmillonésimas de segundo, la materia se comprime hasta una densidad de 25 gramos por centímetro cúbico, como si un trozo de plomo se volviera más de dos veces más pesado sin moverse de su sitio.

En una película delgada de perovskita, un material para baterías solares baratas, la luz genera pares de cargas: un electrón y un "hueco". Deben llegar a los electrodos y producir corriente, pero muchos desaparecen en el camino. Dónde exactamente es la pregunta de la que depende la eficiencia de la batería.

Una pila de cartas de juego yace inmóvil. Puedes deslizar la carta superior con el dedo y moverla: eso es una intervención brusca. O puedes soplar suavemente para que toda la pila cambie de forma por un instante, sin que las cartas salgan volando. Así, aproximadamente, la luz en este nuevo experimento reorganiza el cristal de seleniuro de estaño (SnSe).

Atrapar una molécula individual en un rayo de luz y casi detener su movimiento es una tarea similar a intentar sostener una pelusa en una corriente de viento. Una partícula demasiado caliente se escapa de la trampa, por lo que los físicos primero la calman con enfriamiento láser.

La materia oscura es el arquitecto invisible del Universo, que evita que las galaxias se dispersen. Gracias a Fritz Zwicky y Vera Rubin sabemos que la materia ordinaria en el cosmos es solo una ínfima impureza. Pero, ¿qué se esconde detrás de esta materia oscura?

El campo magnético mantiene una partícula diminuta en el aire, como un compañero de baile invisible. Un ajuste especial del campo crea una trampa con dos «posiciones». En el mundo ordinario, el bailarín ocupa solo una, pero en el cuántico, ambas a la vez. Los físicos han logrado esto para motas de polvo que pesan billonésimas de gramo.

La luz fluye como un río invisible. Si colocas un obstáculo en el camino del flujo, el agua se arremolina en remolinos. Así, las superficies especiales crean 'torbellinos' de luz que atrapan nanopartículas como astillas.

Cualquier instrumento de medición se ve afectado por el ruido cuántico — el temblor caótico de las partículas elementales. Para dominarlo, los físicos aplicaron a moléculas de fluoruro de calcio un truco similar a apretar un globo: presionas en un lugar y sobresale en otro.

Una trampa invisible de luz láser retuvo 11 mil átomos: un récord para la ingeniería cuántica. Antes los físicos se las arreglaban con decenas de estas partículas; ahora la cuenta llegó a miles. Cada átomo se convierte en un cúbit —un bit cuántico, a la vez cero y uno, como una moneda girando sobre su canto.

La luz en una fibra óptica viaja por el núcleo sin apenas escapar al exterior. Pero si uno se acerca mucho, puede sentir un leve temblor del campo en la superficie: la onda evanescente.

El haz de una linterna en una habitación oscura puede mantener una mota de polvo casi inmóvil: así funcionan las pinzas ópticas. Pero la luz no solo empuja la partícula, también la sacude con empujones aleatorios. Cada fotón absorbido la golpea como un martillo invisible.

Una trampa de átomos típica funciona como un embudo: la luz láser y el campo magnético hacen que los átomos se frenen y se concentren en el centro. Pero el embudo tiene un límite: solo captura átomos con una velocidad determinada.

Un cristal plano de átomos cargados, suspendidos en una trampa electromagnética, funciona como un estanque perfectamente liso. El más mínimo soplo produce ondas en su superficie. Este «estanque» capta los chapoteos de partículas de materia oscura y ondas del espacio-tiempo: ondas gravitacionales de alta frecuencia.

Una pinza óptica es un haz láser que mantiene un átomo en un punto, como los dedos sostienen un guisante. Con estas pinzas se construyen redes enteras de átomos, la base de las futuras computadoras cuánticas. Pero hay un problema: no en cada pinza cae un átomo.

Imagina que necesitas examinar un copo de nieve sin dejar que se derrita ni se dañe. Algo así es lo que enfrentan los científicos que quieren estudiar proteínas individuales, esas diminutas máquinas moleculares de la vida. Una proteína en solución tiembla constantemente y se agrupa con sus vecinas, y en un microscopio electrónico el haz la destruye.

Dos motas diminutas de polvo flotan en el cruce de rayos láser. Cada una se sostiene con sus propias «pinzas»: un haz enfocado que impide que la partícula caiga. Dentro de una cavidad de espejos, la luz rebota entre las paredes y sus oscilaciones se acoplan al temblor de las motas.

Los biólogos suelen marcar las células con moléculas luminosas, como buscar una lucecita tenue en el humo. La luz se apaga rápido y el humo genera interferencias.

Fotografiar un átomo es como retratar a una mariposa asustada sin ahuyentarla. Los científicos usan dos haces alternos: uno sostiene, el otro enfría, como una suave brisa. Esto reduce la entropía (el temblor del átomo) y los enfría hasta millonésimas de grado sobre el cero absoluto: más frío que el espacio exterior.

El espectro de radiación gamma se asemeja a una empalizada: cada línea es la energía exacta que el núcleo entregó en forma de fotón. Pero a veces en esa empalizada aparecen "fantasmas": líneas débiles desplazadas en la misma cantidad respecto a las principales.

La materia oscura es una masa invisible que mantiene unidas las galaxias. Se desconoce su naturaleza, pero uno de los candidatos más probables es el axión, una partícula ultraligera que casi no interactúa con la materia. Para atraparlo, los físicos han creado una trampa híbrida.

Para alinear los espines de las partículas en una misma dirección, los físicos suelen enfriar la sustancia casi hasta el cero absoluto y colocarla en un campo magnético intenso. Esto es caro y voluminoso. El nuevo método se asemeja a ajustar una multitud de peonzas con un toque ligero: las moléculas intermediarias se unen temporalmente a los átomos objetivo y les transmiten su orden.

Una partícula deambula en un medio lleno de obstáculos. A veces los empuja hacia adelante, como una máquina quitanieves, y se pensaba que ese empuje era lo que finalmente detenía el movimiento. Pero en un espacio tridimensional, este mecanismo no funciona.

Las moléculas ultrafrías son un material prometedor para la computación cuántica, pero reunirlas en un arreglo ordenado, como huevos en una caja, no es tarea fácil. Se ha propuesto un método para cargar moléculas una a una en pinzas ópticas o redes directamente desde el gas.

Una nube diminuta de 300 000 átomos de iterbio, enfriada casi hasta el cero absoluto, viajó por una pista de luz de 34 centímetros de largo, como si se transportara una carga frágil por un camino lleno de baches sin que se desparramara.

Un ion de calcio en una trampa magnética se asemeja a una bolita que no deja de temblar por el calor. Para lograr que se quede quieta, los físicos suelen dispararle con láseres desde distintos lados. Pero en el nuevo experimento bastó con un solo rayo dirigido a lo largo del eje de la trampa.

Un láser normal amplifica la luz hasta convertirla en un haz brillante. Si se invierte ese proceso, se obtiene un antiláser: un dispositivo que absorbe la luz por completo. Pero esta máquina es caprichosa: basta un ligero desorden para que la absorción falle. Los físicos han encontrado la manera de hacer que un antiláser sea invulnerable.

Cinco átomos de calcio cargados flotan en una trampa, sostenidos por campos eléctricos. El enfriamiento por láser les quita el exceso de energía y se alinean formando una diminuta pirámide de base cuadrada. Pero esta pirámide no permanece estática: de vez en cuando se voltea, como si alguien la lanzara al aire y la atrapara boca abajo.

Un rayo láser normalmente se parece a una columna de luz uniforme. Pero si se hace pasar a través de una lámina con un patrón más fino que un cabello, el rayo se dispersa en miles de diminutos bolsillos de luz. En cada bolsillo se puede suspender un átomo, como un guisante en un hoyo.

El espacio entre dos superficies cercanas no es en absoluto un vacío, sino un "pegamento cuántico" burbujeante. En él, nacen y se aniquilan continuamente las fluctuaciones cuánticas — diminutos estallidos de energía de los campos electromagnéticos que, según la teoría cuántica, dotan al vacío de una estructura dinámica.

Cuatro átomos de cesio flotan en el vacío, sujetos por pinzas láser como cuentas en un hilo invisible. Alrededor de ellos hay un resonador anular, un circuito cerrado de espejos donde la luz circula sin encontrar obstáculos.

Un recipiente fiable en lugar de un frágil tubo de ensayo: así podría describirse el paso de las trampas para radicales químicamente reactivos a la retención de moléculas estables. Hasta ahora, las trampas magnetoópticas solo funcionaban con partículas que tienden a reaccionar al primer choque.