medición de polarización

Los ocho mapas del cielo tomados por diferentes detectores del telescopio Planck se parecen a ocho atlas de carreteras de una misma ciudad, dibujados por distintos cartógrafos. Cada atlas está girado en un ángulo diferente: un cartógrafo sostenía la tableta ligeramente inclinada, otro ligeramente torcida. Si superponemos los atlas, las calles no coinciden.

Un corte fino de eucalipto yace bajo el objetivo del microscopio, y la luz blanca, tras atravesar dos filtros polarizadores, convierte la madera en un mosaico de manchas púrpuras, amarillas y azules. Estos colores no son aleatorios: como letras en un mapa, indican hacia dónde apuntan los hilos de celulosa, invisibles al ojo, dentro de las paredes celulares.

Las ondas de radio de un púlsar lejano atraviesan el medio interestelar y, en su camino, se topan con estructuras magnéticas invisibles del tamaño de la distancia entre el Sol y la Tierra.

Un láser golpea un átomo y arranca un electrón. Cuanto más brillante es la luz, más fuerte es el empujón y más rápido sale el electrón. Así funciona la imagen habitual, donde la luz es una onda uniforme. Pero, ¿y si la luz no es uniforme, sino 'comprimida', con fluctuaciones cuánticas, como el temblor de una cuerda?

El universo a veces recuerda a una tela vieja: tras un rápido enfriamiento pudieron quedar pliegues: hilos finos, casi invisibles, de densidad monstruosa. Se les llama cuerdas cósmicas. Normalmente, en el centro de una de estas cuerdas se esconde una singularidad: un punto donde las leyes de la física pierden su sentido.

En la pared, franjas claras y oscuras. Así es la luz que se cancela a sí misma. Ya en el siglo XVII, Christiaan Huygens supuso que la luz es una onda. Pero solo los experimentos de Arago y Fresnel a inicios del XIX demostraron que dos haces producen esas franjas únicamente si sus vibraciones están en el mismo plano.

La luz del comienzo del universo ha viajado hacia nosotros durante 13,8 mil millones de años. Durante ese tiempo, su polarización —la dirección de sus oscilaciones— podría haber sufrido un giro, como la aguja de una brújula que alguien gira imperceptiblemente. Los físicos llaman a este fenómeno birrefringencia cósmica.

Mayo de 2022. El polarímetro espacial IXPE, el espectroscopio NuSTAR y el monitor NICER apuntaron sincrónicamente a un mismo punto del cielo: el agujero negro en el sistema Cygnus X-1, donde orbita alrededor de una evolución estelar en un estrella binaria cercano con un período de 5.6 días.

Un agujero negro no es solo una silueta oscura contra el fondo de estrellas. Su sombra está rodeada por un delgado anillo luminoso de fotones que dan vueltas alrededor del horizonte de sucesos antes de escapar hacia el observador.

En un sistema binario cercano, una estrella caliente, como un reflector, ilumina a su compañera más fría. Parte de la luz se dispersa en los electrones libres de su atmósfera —esto es dispersión Thomson— y adquiere polarización lineal.

Un microscopio ordinario es inútil cuando se trata de observar un virus individual con todo detalle. Es demasiado pequeño. Pero existe una herramienta que emite destellos miles de millones de veces más brillantes que la luz solar: el láser de rayos X de electrones libres.

Las gigantes rojas son estrellas envejecidas e hinchadas. En su interior bulle un océano de plasma: el calor se abre paso desde el núcleo hacia la superficie, generando ondas parecidas a un potente oleaje. El campo magnético dentro de la estrella actúa como un relieve submarino invisible: dirige esas ondas, modifica su altura y velocidad.

Alrededor de una hoguera invisible gira un gas brillante. La hoguera en sí está oculta, pero su silueta se adivina por el baile de las llamas. Así es como los astrónomos "ven" los agujeros negros: no el objeto en sí, sino la materia incandescente que, antes de caer al abismo, se acelera hasta velocidades enormes y emite luz.

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.

El universo no es un vacío, sino una enorme esfera de cristal, atravesada por fronteras invisibles: paredes de dominio, congeladas después de transiciones de fase.

La luz de una estrella lejana no es un flujo uniforme. Oscila como una onda y puede vibrar en distintas direcciones. Normalmente estas oscilaciones son indistinguibles, pero un magnetar puede separarlas.

La palma de la mano sobre una placa caliente siente el calor, incluso cuando el aire alrededor parece fresco. Algo similar ocurre con los electrones en el efecto Aharonov-Bohm: la partícula percibe el voltaje eléctrico, aunque entra en una región donde el campo ya está apagado.

Una orquesta lejana interpreta una sinfonía, pero la grabación está llena de interferencias. La melodía está escrita para dos instrumentos, pero del ruido parece emerger una tercera voz, suave y desconocida. Así escuchan los astrofísicos las ondas gravitacionales, tratando de captar las más mínimas desviaciones de las predicciones de Einstein.

La estrella de neutrones 4U 1735-44 engulle material de una estrella compañera. El material se arremolina formando un disco plano, como el agua que se va por el desagüe de una bañera. Pero este disco brilla en rayos X, y los astrónomos han podido medir por primera vez cuán 'peinada' está esa luz, es decir, cuán polarizada.

La colisión de partículas a gran velocidad produce una lluvia de nuevas partículas. Entre ellas se encuentran los antiprotones, gemelos de los protones ordinarios, pero con carga opuesta. Cada una de estas partículas tiene su propia rotación, como una pelota de tenis lanzada con efecto. Pero si los antiprotones nacen con espín, nadie lo ha comprobado hasta ahora.

En el cristal de HfTe5, los electrones se comportan casi como la luz: su masa es tan pequeña que obedecen las leyes de la relatividad. Si se coloca un cristal así en un campo magnético fuerte, los electrones comienzan a girar en órbitas diminutas. Su energía no cambia de manera continua, sino en escalones, como los pisos de un edificio.

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.

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.

El haz de una linterna en la niebla se descompone en miles de pequeños puntos débiles. Cada uno de ellos es luz que se ha reflejado muchas veces en las gotas de agua antes de llegar al ojo. Para entender este desorden, los físicos elaboran una tabla especial: la matriz de dispersión. En ella se registra cómo cada rayo entrante se convierte en un conjunto de rayos salientes.

La luz de un láser es como una fila perfectamente alineada de soldados en un desfile: todas las ondas oscilan en el mismo plano. Esa luz se llama polarizada. En el nuevo trabajo, los físicos obtuvieron por primera vez rayos gamma polarizados al hacer colisionar electrones con un potente pulso láser.

En los experimentos de dispersión de partículas, el blanco a menudo se polariza: los núcleos se alinean de modo que sus espines apunten predominantemente en una dirección. El grado de esta alineación determina el resultado de las colisiones. Para medirla, se envía una señal de radio débil a través del blanco y se observa cómo los núcleos la absorben.

Una estrella de neutrones del tamaño de una ciudad gira treinta veces por segundo. Su campo magnético es billones de veces más intenso que el terrestre. Estas condiciones podrían generar alrededor de la estrella una nube de axiones: partículas ligeras que ningún detector ha capturado todavía, pero que explican muy bien la masa oculta del universo.

La luz es un flujo de fotones y, normalmente, un fotón no tiene momento magnético: no se desvía con un imán como las limaduras de hierro.

El Sol no es una esfera tranquila. En su interior no dejan de viajar ondas, como en una campana después del golpe. Esas oscilaciones afloran a la superficie y delatan lo que ocurre en la cara oculta, invisible. Los astrónomos llevan tiempo sabiendo «escuchar» ese tañido y localizar grandes grupos de manchas.

El púlsar de rayos X Centaurus X-3 es una estrella de neutrones que gira rápidamente y emite pulsos de luz de rayos X, como un faro. Los científicos apuntaron hacia él tres telescopios espaciales y estudiaron la polarización de la radiación, es decir, cómo oscila el campo eléctrico de la onda de luz.

El agujero negro GS 1354-64, en la constelación de la Mosca, despertó en 2025 y comenzó a atraer vorazmente material de su estrella compañera. El telescopio de rayos X IXPE, en órbita, lo sorprendió en un momento poco común: el estallido ya había amainado, pero el sistema aún no se había calmado.

En un enorme acelerador de partículas, donde protones a velocidades cercanas a la de la luz chocan contra un blanco de neón, nacen los bariones encantados: partículas que viven menos de una milmillonésima de segundo.

En una oblea de silicio del tamaño de un plato de comida se puede colocar no una sola sustancia, sino un mapa completo con miles de composiciones diferentes. Un láser arranca átomos de los blancos y los deposita en capas finas, cambiando las proporciones de un punto a otro.

La luz de la estrella HD 163296 atraviesa el disco de gas y polvo que la rodea, como el haz de una linterna a través de agua turbia. Las partículas del disco dispersan la luz y esta adquiere una propiedad especial: la polarización. Las ondas comienzan a oscilar en un solo plano, como una cuerda que se agita estrictamente hacia arriba y hacia abajo.

Una linterna en una niebla espesa es inútil: el haz se dispersa y la luz reflejada se ahoga en el ruido. Pero si se unen dos fotones con un hilo invisible, uno de ellos puede atravesar la niebla y volver, mientras el otro permanece a salvo. Esa conexión se llama entrelazamiento cuántico: dos partículas se comportan como un todo único, incluso cuando están muy separadas.

La radiación terahercio se encuentra entre las microondas y la luz infrarroja. Atraviesa la ropa, el papel y el plástico, pero es bloqueada por el agua y los metales. Por eso, estas ondas se utilizan en escáneres de seguridad y en el control de calidad de materiales.

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.

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.

Las estrellas de neutrones son restos superdensos de supernovas del tamaño de una ciudad. En los años 1930, Fritz Zwicky propuso su existencia, y más tarde Jocelyn Bell Burnell descubrió los púlsares, estrellas de neutrones que giran rápidamente.

En el sistema binario Cyg X-2, la estrella de neutrones atrae materia de una estrella compañera normal. El gas que cae se arremolina, se calienta a millones de grados y brilla intensamente en rayos X. Los astrónomos apuntaron dos telescopios espaciales, IXPE y NuSTAR, a este objeto y por primera vez midieron en detalle cómo está polarizada esa luz.