efecto Kerr magnetoóptico

La luz arranca electrones del cristal y estos vuelan hacia el detector como flechas hacia un blanco. Con sus trayectorias, los físicos reconstruyen cómo vivían los electrones dentro del material: con qué energía y en qué dirección se movían. Pero basta con encender un campo magnético para que las trayectorias se curven.

Dos bailarines en un mismo escenario: uno tira de su pareja hacia un lado, el otro hacia el opuesto. En el cristal Cu2(OH)3Br, conocido como botallackita, los átomos de cobre se disponen en cadenas donde los espines (momentos magnéticos) de iones vecinos se alinean ya sea en paralelo, como en un ferromagneto, o en antiparalelo, como en un…

Una orquesta sin director puede sonar afinada si los músicos sienten el ritmo común. En el mundo de los sólidos, ese ritmo lo marcan los fonones: los cuantos de las vibraciones de la red cristalina. Cuando los átomos del sustrato comienzan a moverse en círculo, pueden transmitir su rotación a la capa magnética que tienen encima e invertir su magnetización.

El intérprete se distrae con cada crujido en la sala, y una reunión de una hora se convierte en dos. Así ocurre con el giroscopio capacitivo: para percibir el desplazamiento nanométrico de la masa, necesita separaciones perfectamente calibradas entre las placas. Cuanto más pequeño es el sensor, más difícil resulta mantener esa precisión.

El horno microondas calienta la comida, pero en el laboratorio las microondas han hecho algo distinto: han convertido un superconductor en un imán permanente. Una película de óxido de itrio, bario y cobre de 300 nanómetros de espesor, enfriada a 80 kelvin, respondió a una radiación de 5 gigahercios.

Imagina una cuerda tensada entre dos clavijas. Una mínima caricia la hace vibrar, y por el tono del sonido se puede adivinar cómo se ha tocado. Una cuerda similar es la que han tensado los físicos de la Universidad de Arizona, pero no en un instrumento musical, sino sobre una membrana de silicio de cien nanómetros de grosor.

Una pila ordenada de capas atómicas descansa sobre un sustrato. Desde arriba incide un haz invisible de luz terahercio, y desde un lado se aplica un campo magnético. Al reflejarse, el haz gira ligeramente su polarización.

Una estrella muerta con un campo magnético miles de millones de veces más intenso que el terrestre es un magnetar. Su corteza se agrieta y emite una potente ráfaga de rayos X hacia el espacio. Pero parte de esa luz no llega hasta nosotros en su forma habitual.

Dos imanes sobre una mesa se atraen o se repelen, según cómo estén orientados sus polos. Dentro de cada pieza se esconden diminutas regiones donde todas las flechas magnéticas apuntan en la misma dirección. Estas regiones se denominan dominios, y de su disposición depende cómo se comporte el material en un circuito eléctrico.

Un traductor trabaja en dos mundos a la vez: para el observador externo es silencioso e imperceptible, pero dentro de su conciencia bulle una intensa actividad con líneas de significado bien definidas. Así son aproximadamente los altermagnetos, una clase de materiales magnéticos descubierta recientemente.

La luz, al pasar cerca de un agujero negro, cae en una trampa gravitacional: su trayectoria se curva, y la partícula rebota en una órbita casi cerrada, como una bola de pinball.

Acumulaciones de galaxias y materia oscura invisible crean estelas en el resplandor del Big Bang, como barcos que agitan un estanque.

El campo magnético aumenta, pero la magnetización se queda congelada en su sitio. Como una balanza a la que añades peso y la aguja no se mueve hasta que se acumula lo suficiente para saltar a la siguiente marca. Así se comportan los cristales de tetraboruros de tierras raras, y los físicos llevaban décadas sin entender por qué.

El haz de una linterna se desliza sobre un vidrio irregular. El vidrio son los cúmulos masivos de galaxias, y la linterna es la luz antigua nacida poco después del Big Bang. Al pasar cerca de estos cúmulos, la luz no solo los rodea como el agua rodea una piedra.

Las estrellas de neutrones son restos superdensos de estrellas, donde la materia está comprimida al límite descrito por Subrahmanyan Chandrasekhar. Los magnetares son una variedad con un campo magnético un cuatrillón de veces más fuerte que el terrestre.

Cuando dos agujeros negros se fusionan, sacuden el propio tejido del espacio-tiempo. El nuevo gigante no se calma al instante: resuena como una campana cósmica, emitiendo el patrón característico de ondas gravitacionales amortiguadas, el llamado ringdown.

La pista de baile está llena de parejas que giran en un vals. Normalmente, los compañeros se mueven en direcciones opuestas: uno da un paso hacia adelante, el otro hacia atrás, para mantener el ritmo común.

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.

Una película magnética de unas decenas de átomos de espesor almacena información mediante diminutos vórtices magnéticos. Pero no se puede mirar dentro y ver esos vórtices directamente: el instrumento solo detecta el débil campo magnético alrededor de la película.

Un imán normal de nevera atrae el hierro porque en su interior todas las diminutas agujas magnéticas apuntan en la misma dirección. Pero hay materiales donde las agujas se ordenan de forma más retorcida: las filas vecinas apuntan en direcciones opuestas y desde fuera parece que no hay magnetismo. A estos materiales se les llamó altermánes.

En un campo magnético intenso, los electrones de una película metálica delgada se mueven en órbitas circulares. Si el grosor de la película es comparable al tamaño de dicha órbita, la resistencia comienza a oscilar — son las oscilaciones de Sondheimer, conocidas desde mediados del siglo pasado como un efecto puramente geométrico.

Cuando dos agujeros negros giran uno alrededor del otro y se fusionan, envían ondas por el universo: las ondas gravitacionales. Estas ondas llevan la huella de cómo se movieron exactamente los objetos antes de la colisión. Por la forma de esa 'danza' se puede saber hasta qué punto los objetos se parecen a agujeros negros perfectos.

Una multitud sale corriendo por un pasillo estrecho. Unos corren en grupo compacto en una dirección: eso se parece a los eventos en chorro en las colisiones de núcleos. Otros se dispersan uniformemente en todas direcciones: son los eventos isotrópicos.

Un trozo de película de óxido de zinc yace sobre la mesa. Acercan un imán y comienzan a girarlo lentamente alrededor de la película. La película, más delgada que un cabello humano, empieza a cambiar sus dimensiones: ora se contrae, ora se estira. Esta propiedad se llama magnetostricción: la capacidad de un material de deformarse bajo un campo magnético.

Se puede hacer que un haz de luz parezca una flor con varios pétalos. Si se hace pasar ese haz a través de una nube de átomos fríos de rubidio y se enciende un campo magnético, los pétalos comienzan a girar. El ángulo de giro está directamente relacionado con la intensidad del campo.

El campo magnético es invisible, pero se puede escuchar. Los átomos de rubidio dentro de una celda de vidrio reaccionan a él como las cuerdas de un violín al arco: las ondas de radio los hacen oscilar entre estados de energía.

Un trozo de cerámica del tamaño de una uña se comprime en un tornillo de banco y cambia su estructura interna como arcilla bajo los dedos. En el interior del material se alinean hileras ordenadas de diminutas regiones que antes estaban giradas al azar. Tras ese «masaje», el cristal empieza a dejar pasar la luz casi como el vidrio y, además, se electriza con fuerza si se dobla o se presiona.

En los primeros instantes tras la colisión de dos núcleos de plomo en el Gran Colisionador de Hadrones, se genera una diminuta bola de fuego: una sopa de quarks donde las partículas se mueven libremente. Si en ese momento surge un campo magnético muy intenso, puede separar las cargas positivas y negativas, como un peine separa el cabello en mechones.

La luz puede dibujar patrones directamente dentro del ojo, sin pantallas ni gafas. Cuando un haz con una forma especial entra en la pupila, crea en el campo visual rayos oscuros que parecen los radios de una rueda giratoria. Estos rayos los ve la propia persona porque nacen en las células de la retina, no fuera. Este patrón se denomina entóptico, es decir, «visible desde dentro».

La radiación de terahercios se sitúa entre las microondas y la luz infrarroja. Atraviesa la ropa, el papel y el plástico, pero no el metal ni el agua. Por eso se usa en escáneres de seguridad y en imagen médica. Para ver la polarización de esa radiación se necesita un detector.

Un balón de fútbol golpeado con efecto no vuela en línea recta, sino que curva su trayectoria hacia un lado. Algo similar ocurre con un rayo de luz cuando se enfoca intensamente: comienza a empujar el átomo no solo hacia adelante, sino también hacia un lado. Los físicos han medido este desplazamiento en un solo ion de calcio atrapado en una trampa de luz.

Los materiales magnéticos pueden almacenar energía de oscilación, como un diapasón que sigue sonando después del golpe. Si se coloca un material así en una cavidad de microondas, sus oscilaciones (magnones) comienzan a interactuar con la luz (fotones).

La luz que viaja a través de una fibra óptica se asemeja a un corredor en un pasillo estrecho: puede correr en línea recta o zigzaguear de un lado a otro. La dirección de esas 'zigzagueadas' es la polarización.

El suelo de una habitación con calefacción siempre vibra un poquito: las moléculas se mueven. Del mismo modo tiemblan los espejos en los detectores de ondas gravitacionales: el calor hace que su superficie vibre finamente, y eso dificulta captar las débiles señales del cosmos.

Una brújula magnética común se congela cuando un rayo cae cerca. El repentino salto del campo magnético confunde a la aguja. Un problema similar impedía a los científicos medir el magnetismo de los materiales en campos pulsados intensos, de esos que se activan por una milésima de segundo. La nueva instalación resuelve este problema con un rayo láser.

La luz de galaxias lejanas atraviesa las lentes de un telescopio como a través de una pila de cristales de ventana. Cada cristal está cubierto con una fina película para reducir los reflejos. Pero esta película actúa como un filtro polarizador: una componente de la onda de luz pasa un poco más libremente, la otra un poco peor.

Un agujero negro no solo engulle materia: como un remolino cósmico gigante, curva el propio tejido de la realidad y hace que los rayos de luz la rodeen, enfocándolos. El efecto es aún más fuerte en los agujeros negros que giran casi a la velocidad de la luz: su rotación retuerce el espacio en una espiral apretada.

Usando un método parecido a la espectroscopia (sondeo magnético), los científicos hacen pasar corriente a través de una película multicapa y observan hacia dónde apuntan las agujas magnéticas microscópicas en su interior. Antes todo era predecible: en unos materiales las agujas se alineaban solo a lo largo de la corriente, en otros estrictamente en perpendicular.

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.