lente

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.

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.

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.

La luz en una fibra óptica se parece a un arroyo: fluye dentro del hilo de vidrio y no se derrama hacia afuera. Un hilo grueso deja pasar muchos arroyos a la vez; uno delgado, solo uno. Los astrónomos a menudo necesitan verter la luz de un hilo grueso en varios delgados para descomponerla en colores.

Un haz de luz normalmente viaja en línea recta, pero se puede hacer que gire alrededor de su eje, como el agua que se arremolina al desaguar. Esta luz 'vortical' transporta más información y es necesaria para comunicaciones ultrarrápidas y computación cuántica. El problema es que antes se requerían grandes lentes, espejos y un ajuste preciso: toda una mesa óptica.

La luz de una estrella, al atravesar la atmósfera y la óptica del telescopio, tiembla como los reflejos del sol en el agua. En esa ondulación se esconden los planetas: débiles destellos junto a una luz deslumbrante. Para verlos, hay que congelar la ondulación: hacer que la luz sea uniforme, como un cristal.

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).

Imagina una lámpara escondida detrás de un gran acuario lleno de agua. No ves una única fuente de luz, sino varios reflejos y refracciones: el agua desvía la trayectoria de los rayos.

Un haz de láser débil incide sobre una diminuta estructura: una cavidad híbrida de metal y vidrio. Dentro está encerrada una única molécula luminosa. Normalmente, esa luz solo cambia ligeramente de color al dispersarse en las vibraciones térmicas de los átomos.

El 23 de noviembre de 2023, los detectores de LIGO captaron algo extraño. La señal de ondas gravitacionales de la fusión de dos agujeros negros, denominada GW231123, apuntaba a masas récord — 137 y 101 masas solares — y una rotación anómalamente rápida. Sería la pareja más masiva y de rotación más rápida jamás registrada.

En el océano silencioso de la Galaxia, las civilizaciones maduras probablemente adoptaron hace tiempo una estrategia inesperada: en lugar de faros estridentes, dispersan luciérnagas silenciosas — faros láser interestelares autónomos, a la deriva en el vacío y emitiendo destellos de microsegundos.

El Sol no solo es fuente de calor, sino también la lente más grande del sistema solar. Su gravedad curva los rayos de luz, como un vidrio, concentrándolos en un anillo brillante mucho más allá de la órbita de Plutón.

Si aplaudes en una habitación vacía, el eco revelará su tamaño y forma. Cada objeto —una silla, un libro, una persona— añade su propia firma a ese eco: el sonido se refleja en él de una manera particular. Los autores del artículo han ideado cómo reescribir por completo esa firma sonora. Rodearon una región del espacio con una superficie cerrada de micrófonos y altavoces.

La cebra pasta en la sabana africana, y a su alrededor revolotea una nube de moscas: tábanos, moscas tsetsé y mosquitos. Pero en lugar de posarse tranquilamente, los insectos se zarandean, fallan el aterrizaje y chocan contra la piel. La causa no es el camuflaje, sino el diseño del ojo de la mosca. El ojo del tábano es un mosaico de miles de pequeños tubos, los omatidios, cada uno apuntando a un punto distinto.

Un telescopio solar se parece a un ojo que intenta distinguir a una hormiga a través de una sopa hirviendo. El cielo diurno deslumbra, el aire tiembla y la imagen se desdibuja. Para congelarla se necesita óptica adaptativa: un sistema que adivina las distorsiones y las corrige cientos de veces por segundo.

La luz necesita espacio. El objetivo de una cámara está a varios centímetros del sensor para que los rayos puedan enfocarse. Ahora, ese espacio se ha comprimido hasta el grosor de una hoja de papel, y la luz sigue comportándose como si hubiera recorrido sus legítimos centímetros. Esto es lo que hacen las 'placas espaciales' (spaceplates): elementos planos que imitan el recorrido libre de la luz.

El tejido del espacio-tiempo se curva bajo el peso, como una cama elástica tensada. Las ondas gravitacionales son ondas que se propagan desde catástrofes cósmicas, como la fusión de agujeros negros.

Cuando la luz pasa cerca de un cuerpo masivo como un agujero negro, su trayectoria se curva, un fenómeno predicho por Einstein.

La luz, como una cuerda que se sacude, oscila en un plano determinado. Los astrónomos e ingenieros suelen rotar la imagen con un sistema de tres espejos, el llamado espejo K, pero al hacerlo, el plano de oscilación de la luz también rota involuntariamente. Para mediciones precisas, eso es un problema.

El haz del láser incide sobre el chip de forma perpendicular, como una flecha que da en el blanco. Las rejillas convencionales en esa posición pierden la mitad de la luz: se dispersa en ambas direcciones, como una multitud que sale por puertas abiertas de par en par. La nueva estructura obliga a la luz a ir solo hacia la izquierda, hacia la guía de onda deseada.

El ultrasonido atraviesa el hueso como la luz solar a través de un vidrio esmerilado, pero la imagen resultante es borrosa. El cráneo es irregular y denso, dispersa las ondas sonoras, por lo que es difícil dar en el blanco exacto en el cerebro.

Un haz de rayos X puede atravesar un trozo de metal opaco y mostrar dónde se esconden grietas o tensiones. Pero para distinguir esos defectos, hay que concentrar el haz en un punto muy pequeño, igual que una lupa concentra la luz del sol en un punto caliente. En el microscopio de rayos X, la lente hace el papel de la lupa.

Un globo con una gota de pegamento seco se infla de manera desigual: el pegamento se estira de forma distinta al caucho. Algo parecido le ocurre a la córnea —la membrana transparente del ojo— tras los procedimientos que alteran su elasticidad. Los ingenieros lo comprobaron con ojos de cerdo.

Un sensor de luz común responde a la pregunta «cuánta luz hay», pero no «de dónde viene». Para eso se usan lentes, espejos o matrices enteras. En el nuevo trabajo se propone un sensor que, sin óptica alguna, determina por sí mismo la dirección del rayo. Dentro del sensor hay una capa delgada donde los electrones se deslizan libremente, como agua en un plato poco hondo.

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.

En un laboratorio donde se estudian cristales, el técnico mira la pantalla con un salpicón de manchas brillantes y gira lentamente la muestra hasta que las manchas forman un patrón simétrico. Es como sintonizar una radio vieja: giras la perilla hasta que el ruido se convierte en señal clara. Ahora, esa perilla la puede girar una máquina.

La luz de estrellas lejanas viaja millones de años, pero los rayos X no se pueden capturar con vidrio ordinario: lo atraviesan como una bala atraviesa el papel. Por eso, los telescopios de rayos X necesitan lentes especiales: pilas de prismas diminutos que desvían suavemente los rayos y los concentran en un solo punto.

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.

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.

Una lente normal siempre refracta la luz de la misma manera. Sus propiedades quedan congeladas en el vidrio para siempre. Pero ahora ha aparecido una superficie que cambia las reglas del juego mientras trabaja. Los científicos han creado una película finísima con elementos resonantes y la han impregnado con cristales líquidos, la misma sustancia que se usa en las pantallas de los teléfonos.

La luz de un cuásar lejano —el brillante núcleo de una galaxia— pasa cerca de una galaxia masiva y se desvía, como el haz de una linterna a través de un vidrio irregular. Si la lente y la fuente están casi perfectamente alineadas, no vemos un solo cuásar, sino varias copias del mismo.

Una hoja de papel normal parece blanca porque dispersa caóticamente todos los rayos. Pero el ala de una mariposa brilla en azul y verde sin una sola gota de pintura: su superficie está cubierta de surcos microscópicos que apagan unas ondas de luz y amplifican otras.

El cristal de seleniuro de bismuto (Bi₂Se₃) es simétrico por sí mismo, como un sándwich bien preparado: dale la vuelta y nada cambia. Pero basta con girar ligeramente una capa respecto a la otra para que la simetría se rompa. El material comienza a 'sentir' de qué lado llega la luz y responde con una corriente eléctrica.

Los fotones entrelazados son como dos mensajeros que marchan al unísono: sus estados cuánticos, en particular la polarización, están sincronizados de tal manera que medir uno determina instantáneamente el estado del otro, incluso a distancia. En un material, esta sincronía se rompe.

La película lagrimal del ojo es una capa finísima de líquido que protege la córnea y mantiene la nitidez de la visión. Normalmente se la representa como una superficie perfectamente lisa, pero la córnea real, incluso la sana, está cubierta de irregularidades microscópicas.

Un rayo láser estable es como una cuerda tensa: si vibra aunque sea un poco, la música se convierte en cacofonía. En una computadora cuántica, el láser mantiene los átomos atrapados, y cualquier vibración en la frecuencia rompe el cálculo. Por eso, antes, los montajes láser ocupaban mesas enteras y su ajuste tomaba semanas.

Un río fluye en una dirección, mientras una ola en su superficie avanza en la contraria. Esa misma dualidad ocurre en los materiales hiperbólicos: la energía de la onda luminosa y sus frentes de onda divergen, impidiendo crear una lente nítida.

La diminuta alga verde Chlamydomonas pasa su vida remando con sus dos flagelos hacia la luz, como un nadador hacia la orilla. Percibe la luz mediante una proteína fotorreceptora, y detrás de ella tiene una pequeña mancha roja, el 'ojo', que proyecta una sombra y ayuda a saber de dónde viene la luz.

Las ondas gravitacionales son ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo, que se propagan desde sus fuentes como los círculos en el agua al arrojar una piedra. Cuando una onda pasa junto a una galaxia, su trayectoria se curva, tal como las ondulaciones del agua al encontrarse con una roca sumergida.

Una canica de vidrio en un vaso de agua es casi invisible, pero si la miras a través de un mantel a cuadros, las líneas detrás de ella se curvan. Las células transparentes se comportan igual: la luz las atraviesa, pero se ralentiza ligeramente y cambia de dirección. Un microscopio normal no puede captar ese cambio: se necesitan colorantes, que a menudo matan a la célula viva.