relación señal-ruido

La fusión de dos estrellas de neutrones no es solo una colisión. Antes de tocarse, se deforman mutuamente por fuerzas de marea, y esa deformación depende de si la materia interior es 'blanda' o 'rígida'. La materia rígida opone más resistencia; la blanda cambia de forma con más facilidad.

Un conjunto de radiotelescopios es como una cámara a la que le faltan varias lentes. Desde que Karl Jansky captó el ruido de radio de la Galaxia, los astrónomos intentan reconstruir una imagen completa a partir de señales fragmentarias.

Una estrella de neutrones es el núcleo que fue de una estrella masiva, comprimido hasta el tamaño de una ciudad. Una cucharadita de su materia pesa como una montaña. Pero dentro de esta esfera ultradensa puede esconderse una sorpresa: bajo una presión inimaginable, los neutrones se descomponen en quarks y la estrella adquiere un núcleo nuevo, más compacto.

En 2017, los detectores LIGO y Virgo registraron un temblor del espacio-tiempo provocado por la colisión de dos estrellas de neutrones — el evento GW170817. Tras el primer estallido llegó una resonancia posterior: oscilaciones de kilohercios del recién nacido remanente superdenso.

Un panel inteligente para controlar las ondas de radio, que viajan a la velocidad de la luz, funciona como una orquesta: cientos de elementos diminutos, los «instrumentos», cambian la fase (el momento de entrada) según las órdenes del voltaje. De esta manera, toda la superficie dirige el haz hacia la dirección deseada, como el sonido en una sala.

Los audífonos tradicionales se parecen a un cocinero que sigue una receta a ciegas. Analizan el desorden sonoro del micrófono y, basándose en él, amplifican el habla. En una cafetería ruidosa, este enfoque a menudo falla. El nuevo sistema se comporta como un chef experimentado: primero procesa la señal y luego prueba el resultado.

Tras la fusión, el agujero negro recién nacido emite un temblor que se desvanece — ondas gravitacionales, como el tañido de una campana. Por los armónicos de esta señal, la espectroscopía puede determinar su masa y velocidad de rotación.

Un enorme instrumento musical se esconde bajo tierra. No capta sonidos, sino el temblor del propio espacio: las ondas gravitacionales de la fusión de estrellas muertas. Pero este instrumento tiene un problema: le molesta la "respiración" de la Tierra. Los vientos, las tormentas, incluso el cambio de estaciones hacen vibrar el suelo, creando interferencias.

Un diapasón suena increíblemente puro, pero en cuanto lo tocas, el tono cambia casi al instante. Algo así era el desafío para los ingenieros: crear un láser que tuviera a la vez dos propiedades aparentemente incompatibles: una pureza espectral excepcional (una línea de emisión muy estrecha, como un diapasón que da una sola nota sin vibraciones parásitas) y la capacidad de…

Un imán débil en un escáner de resonancia magnética es como una bombilla tenue en una habitación oscura: hay imagen, pero los detalles se ahogan en la granulosidad. Estos tomógrafos funcionan con un campo menor a 0,1 tesla (el hospitalario estándar es de 3 teslas, 30 veces más fuerte), pero son ligeros, baratos y no requieren una sala especial.

La aguja de una brújula tiembla cuando pasa un camión cercano. De igual manera, en un giroscopio diminuto —un dispositivo que detecta la rotación— cualquier ruido ahoga la señal útil. Durante mucho tiempo, los ingenieros no lograron reducir el giroscopio al tamaño de una uña sin perder precisión. La solución apareció con una arquitectura de dos cadenas.

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.

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.

Un agente de aduanas no puede desmontar una maleta para saber qué hay dentro. La pasa por rayos X y, por las sombras en la pantalla, deduce: aquí hay metal, aquí materia orgánica. De manera similar, un inspector de futuros tratados de desarme nuclear debería verificar una ojiva sin abrirla y sin ver su contenido secreto. Los neutrones son mejores que los rayos X para esta tarea.

Una estrella como el Sol no solo brilla: también zumba suavemente. En su interior, el plasma burbujea, y estos movimientos hacen que la superficie suba y baje rítmicamente. Captar ese temblor desde la Tierra es casi imposible: se ahoga en el ruido de la atmósfera y del propio instrumento.

El neutrón, una partícula dentro del núcleo atómico, puede vivir en dos mundos: el nuestro y el especular. En el mundo espejo existe su gemelo, invisible para nuestros instrumentos. Si un neutrón ordinario saltara a veces al mundo espejo y volviera, una parte de los neutrones en una trampa se disolvería como en el aire.

Las partículas cósmicas con energías millones de veces superiores a las que pueden alcanzar los aceleradores terrestres chocan contra la atmósfera y producen una lluvia de partículas secundarias. Esa lluvia emite ondas de radio que captan antenas en el suelo.

La resonancia magnética es como un diapasón que solo suena en su nota. Cada molécula tiene su propia frecuencia, y gracias a ella se puede saber qué molécula es y en qué estado se encuentra. Pero antes, ese diapasón se escuchaba a través de una pared gruesa: la señal salía borrosa y no se podía distinguir la nota exacta.

Un detector de ondas gravitacionales no solo capta el rumor de las fusiones, sino también el suave chapoteo cuando una estrella o una nube de gas se sumerge en un agujero negro supermasivo.