profundidad óptica

Un cazador coloca trampas en el bosque. Conoce los hábitos de la bestia, pero no sabe si caerá en ellas. De manera similar, los físicos colocan detectores en un intento de atrapar partículas de materia oscura, una sustancia invisible que se cree constituye la mayor parte de la masa del universo.

Los cosmólogos se enfrentan a una situación curiosa: dos herramientas fiables dibujan mapas ligeramente diferentes del mismo universo. Una herramienta es el mapa de la luz antigua (la radiación cósmica de fondo), y la otra, el mapa de la distribución de galaxias. En líneas generales coinciden, pero en los detalles discrepan.

La espectroscopía siempre ha sido una forma de escuchar lo inaudible. Ya en el siglo XIX, Johann Balmer descifró las líneas ordenadas del hidrógeno, una simple armonía numérica que anticipó la teoría cuántica.

En los años 1930, Fritz Zwicky fue el primero en notar que las galaxias en cúmulos se movían demasiado rápido — las sostenía algo invisible. Más tarde, Vera Rubin midió la rotación de galaxias espirales y confirmó que el cosmos está impregnado de materia oscura.

La radiación cósmica de fondo es el resplandor residual del Big Bang que vemos en ondas milimétricas. Pero también tiene una cola de onda larga que se extiende hasta el rango de radio. En longitudes de onda superiores a 21 centímetros, esta luz comienza a ser absorbida por el hidrógeno neutro disperso en el espacio lejano.

Una fila de soldados marcha por la plaza. Mientras todos mantienen el paso, el movimiento es nítido y coordinado. Pero si alguien se desfasa, la sincronía se pierde. En el mundo microscópico, los electrones desempeñan ese papel: cuando sus oscilaciones son sincrónicas, la sustancia emite una línea estrecha y aguda. En cuanto la sincronía se pierde, la línea se ensancha.

Toda medición de luz se enfrenta a una limitación fundamental: los fotones llegan al sensor de la cámara de forma desigual. Esta ondulación natural (ruido de disparo) difumina los detalles finos, como si intentaras escuchar un instrumento suave en una orquesta a través del ruido de la sala.

Una gota de agua sobre una hoja bajo el sol desaparece más rápido de lo que debería según los cálculos de calor. Hace unos años surgió una hipótesis: la luz por sí sola, sin calentar, podría arrancar moléculas de agua de la superficie. Esto se denominó efecto fotomolecular.

Una galaxia lejana donde nacen cientos de estrellas debería brillar en oxígeno. Así lo creían los astrónomos: las estrellas jóvenes y calientes calientan el gas, y este emite un característico resplandor infrarrojo con una longitud de onda de 63 micras. Es como el vapor sobre una olla hirviendo: una señal inequívoca de que algo bulle.

Una mota de polvo de vidrio flota en un rayo láser. La empujan moléculas de aire, fotones, incluso la gravedad de la Tierra, y por su vibración se puede saber qué la empujó. Pero toda medición tiene un límite: el ruido propio de la partícula impide ver una señal débil.

En el desierto chileno de Atacama, a casi cinco kilómetros de altitud, se alza un radiotelescopio que capta ondas milimétricas procedentes de las profundidades del cosmos.

La luz, al atravesar una célula teñida, pierde parte de su intensidad, como el haz de una linterna que se abre paso a través de un vaso de té. Cuanto más denso es el color, más luz se absorbe. Pero hasta ahora el microscopio solo mostraba una sombra plana de este proceso, no su volumen.

La luz, al atravesar un vidrio de ventana, se refracta por igual en todas las direcciones. Pero en los cristales laminares delgados ocurre algo distinto: la luz que viaja a lo largo de las capas percibe el material de manera diferente a la que viaja a través de ellas.

La materia oscura es invisible, pero su gravedad controla el movimiento de estrellas y galaxias. Fue mencionada por primera vez por el Fritz Zwicky en la década de 1930, y más tarde la Vera Rubin confirmó su realidad.

La luz de una misma fuente puede "encontrarse" consigo misma, y entonces en la pantalla aparecen franjas, como las ondas que se forman al lanzar dos piedras al agua. Los físicos llevan tiempo logrando esto con dos fotones, pero conseguir que cuatro partículas de luz se fusionen a la vez era difícil: las fuentes de fotones individuales perdían demasiadas partículas en el camino.