raíz hertz

Una cuerda tensa suena más agudo si se estira con más fuerza. De manera similar se comporta la magnetización en un antiferromagneto: cuanto más intenso es el campo externo, más rápido oscila. Pero en el cristal de óxido de cromo algo no salió como se esperaba.

El haz de una linterna atraviesa la niebla. Cuanto más densa es la niebla, más se dispersa la luz y más tarde llega al ojo. Un principio similar opera con las ráfagas rápidas de radio: misteriosos pulsos ultrapotentes provenientes de galaxias lejanas.

Un péndulo que pesa unas pocas arenas se balancea sobre un hilo de vidrio finísimo. Sus movimientos son tan débiles que los empujones térmicos de las moléculas de aire parecen un huracán. Pero precisamente ese péndulo es la clave para ver maravillas cuánticas en el mundo de los objetos grandes.

Un diminuto defecto en el cristal de diamante es como un micrófono sensible que capta los campos magnéticos más sutiles. Así funcionan los sensores basados en centros de nitrógeno-vacante (cuando un átomo de nitrógeno y una vacante vecina forman un sistema cuántico).

La campana no suena por el golpe, sino por el estremecimiento fugaz del espacio. Una onda gravitacional, como una onda en un estanque, atraviesa un imán masivo y este se deforma ligeramente. Esa deformación se puede convertir en una señal eléctrica.

La radioastronomía comenzó con un ruido misterioso captado por la antena de Karl Jansky y con los pulsos rítmicos que Jocelyn Bell Burnell llamó, en su descubrimiento, «hombrecitos verdes».

Lanza una piedra al agua: justo en el punto de impacto las ondas son caóticas — eso es el campo cercano. Más lejos se expanden en círculos perfectos — el campo lejano. Este mismo principio rige las antenas para la comunicación por terahercios, el futuro de internet ultrarrápido.

El Universo suena, pero nuestro oído solo capta los graves. LIGO oye el rugido de las fusiones de agujeros negros: es el infrasonido del cosmos. Y más arriba, en los gigahercios, resuenan las flautas y violines de la gravedad primordial.

Un rayo láser en un túnel de varios kilómetros tiembla al paso de una onda gravitacional, pero tiembla de forma apenas perceptible, en fracciones del diámetro de un protón. Para escuchar ese susurro del cosmos, los físicos exprimen de la luz todo lo que pueden.

En un sistema de fontanería, a veces el agua no fluye como un chorro continuo, sino en porciones idénticas y separadas, como si el grifo se abriera y cerrara dejando pasar exactamente una gota cada vez. Algo parecido le ocurre a la corriente eléctrica en los contactos superconductores llamados uniones de Josephson.

El hidrógeno es el átomo más simple: un protón y un electrón. Parecería que no hay nada que estudiar, pero es precisamente en él donde los físicos ponen a prueba las leyes más sutiles del micromundo. El electrón en el átomo puede ocupar distintos niveles de energía, como los peldaños de una escalera.

Un micrófono ultrapreciso intenta captar el susurro de una galaxia lejana. Pero el propio micrófono tiembla por el calor: sus átomos bailan como palomitas en una sartén. Los físicos llaman a este baile ruido térmico, y a menudo ahoga las señales débiles.

Un láser común emite líneas estrechas, como una cuerda que suena en una sola nota. Para la espectroscopía esto es incómodo: si una sustancia absorbe luz entre las líneas, puede pasar desapercibida.

Los detectores de ondas gravitacionales son micrófonos que escuchan el temblor del espacio. Pero su propio ruido ahoga las señales débiles. Para oír más, los físicos añaden al instrumento una luz "comprimida" especial: reduce las interferencias cuánticas, como la cancelación de ruido en los auriculares.

Los relojes no son solo agujas. Todo núcleo atómico es un metrónomo natural: oscila con una regularidad casi perfecta. Si se eleva un metrónomo de estos un par de metros, su ritmo se acelera ligeramente: esto es la curvatura del tiempo, predicha por Einstein.

Un láser que normalmente emite un haz uniforme, cerca del umbral de emisión comienza a temblar, como una cuerda justo antes de sonar. Estas vibraciones no son un defecto, sino ruido cuántico: los átomos dentro del láser emiten luz de manera aleatoria, sin ninguna causa externa.

Las ondas de radio que oscilan menos de una vez por segundo atraviesan la tierra y el agua casi sin pérdidas. Estas señales se usan para comunicarse con submarinos y para buscar minerales. Pero una antena convencional para ellas necesitaría cientos de metros de largo, y su sensibilidad deja mucho que desear.

Un diminuto defecto en el cristal de un diamante funciona como una antena sensible. Si un campo magnético oscila cerca, este defecto —una vacancia de nitrógeno— responde con un destello de luz. Antes, para escuchar la señal, había que acumular muchas mediciones repetidas, como quien escucha un susurro pegando el oído a la puerta.

Ya el propio Einstein predijo las ondas gravitacionales: el temblor mismo del tejido del espacio-tiempo. Hoy las captan gigantescas instalaciones como LIGO, creadas gracias a Rainer Weiss y Kip Thorne.

El universo se expande y las galaxias se separan como pasas en una masa que leva. La velocidad de esta separación —la constante de Hubble— es un número clave en cosmología.

Un rayo láser normalmente tiembla un poco, como una cuerda después de ser pulsada. En los relojes ópticos, ese temblor se convierte en un error en la marcha. Los ingenieros sustituyeron la luz temblorosa por una luz estable, y el reloj de vapor de rubidio ahora late cinco veces más regular.

La luz se puede peinar, como el cabello. En lugar de cabello, frecuencias; en lugar de peine, un láser. El resultado es un peine de miles de «dientes» de frecuencia uniformes. Este peine de luz ayuda a estudiar moléculas y a medir el tiempo con una precisión de billonésimas de segundo. Un peine normal tiene dientes espaciados uniformemente.

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.

Un receptor de radio común capta ondas con una antena de metal. Aquí, en cambio, la antena es un único átomo cuyo electrón ha sido lanzado a una órbita lejana, como un satélite en una órbita alta alrededor de la Tierra. Estos átomos se llaman de Rydberg.

El átomo de helio es como un diminuto sistema solar: los electrones se mueven alrededor del núcleo, pero sus órbitas están regidas por reglas estrictas. Los científicos han aprendido a espiar estos movimientos con una precisión asombrosa.

Una cuerda de guitarra, al ser pulsada, vibra — y el aire a su alrededor transmite esa vibración al oído. El espacio-tiempo vibra de otra manera: cuando una onda gravitacional lo atraviesa, se estira y se comprime ligeramente.

El electrón es una partícula diminuta, pero dentro de un cristal se comporta como si tuviera otra masa. A esto se le llama masa efectiva. Para medirla, los físicos hacen que los electrones corran en círculos dentro de un campo magnético, como un patinador de velocidad en una pista de hielo al que no le permiten salirse de la órbita.

Medir la expansión del universo es como cronometrar una carrera mientras la pista se estira. Las fusiones de estrellas de neutrones actúan como sirenas estándar: sus ondas gravitacionales resuenan con un «volumen» conocido, así que las señales más débiles implican mayor distancia.

El agujero negro del sistema binario Swift J1727.8-1613 parpadea en rayos X como una fogata al viento. Pero si uno observa con atención el ritmo de ese parpadeo, puede distinguir claras 'jorobas': picos en ciertas frecuencias, similares a los golpes de un tambor entre el ruido de la multitud.

La teoría de la gravedad de Einstein — la relatividad general — casi no se encuentra con la física cuántica en experimentos directos. Aquí los científicos construyeron sobre una mesa un laberinto de vidrio de 50 kilómetros y lanzaron fotones individuales.