espectroscopía

El oleaje llega a la orilla no con un frente uniforme, sino con lenguas de espuma que unas veces se funden y otras se separan. Los campos magnéticos dentro de los materiales se comportan de forma parecida: respiran en forma de ondas y, hasta ahora, nadie las había visto en su totalidad.

Una esfera de aluminio del tamaño de un globo terráqueo grande se sitúa en un haz de neutrones y responde a cada impacto con una nota precisa. Dentro de la esfera no hay nada más que nitrógeno y once pequeñas esferas de acero, cada una del tamaño de la cabeza de un alfiler.

En el teatro, un reflector mantiene al actor en el haz, sin importar hacia dónde se mueva. El radar de terahercios del que hablaremos hace lo mismo con un pulso de luz corto reflejado por un objeto en movimiento. Las ondas terahercio se sitúan entre las microondas y la luz infrarroja.

Una tormenta en las capas altas de la atmósfera dura millonésimas de segundo. Un rayo cósmico, un protón o un núcleo de helio, golpea las moléculas del aire y hacia abajo viaja un enjambre de partículas. La mayoría se mantienen juntas, pero a veces una partícula recibe tanta energía que se adelanta.

Un cartógrafo recibe una hoja con las distancias entre cientos de islas sin nombre. Ninguna isla está etiquetada, pero las distancias se repiten, forman triángulos y cuadriláteros. Con esas repeticiones, el cartógrafo reconstruye el mapa del archipiélago, sin saber cómo se llama cada isla.

En el cristal laminar CrSBr, los momentos magnéticos de los átomos están alineados como notas en una partitura: dentro de cada capa apuntan en la misma dirección, y entre capas, en direcciones opuestas. Esta melodía antiferromagnética suena hasta 132 kelvin, y más allá, el movimiento térmico destruye el orden.

Dos cuerdas están tensas una al lado de la otra: una gruesa y sorda, la otra fina y vibrante. Si se pulsa la gruesa, el sonido resulta difuso, sin una altura definida. La fina, en cambio, responde con un tono puro. Pero si se las acopla, aparece un efecto inesperado: en el espectro se forma una caída abrupta, como si alguien apagara el sonido en una sola nota.

A 359,8 K (unos 87 °C), una sustancia de moléculas curvadas, similares a bananas, pasa a una fase de cristal líquido donde las moléculas se agrupan en capas.

Dentro del núcleo atómico, los protones y neutrones no están quietos, como guisantes en un frasco. Cada partícula ocupa su propia órbita: una región del espacio donde se la puede encontrar. Cuanto mayor es la órbita, más "difusa" está la partícula.

Una sola molécula de ADN, atrapada en una diminuta rendija metálica, tiembla y parpadea bajo el láser. Su señal no es una clara línea de letras, sino una mezcla caótica de destellos y sombras. Descifrar ese ruido es como entender un susurro en una sala abarrotada. La nueva red neuronal actúa como un intérprete atento.

Un fotón individual es como un ladrillo perfectamente liso con el que se pueden construir tecnologías cuánticas. Pero para construir una casa, se necesitan miles de ladrillos idénticos. Los átomos de rubidio son emisores natos: cada átomo emite fotones de una sola longitud de onda, como un diapasón que siempre da la misma nota.

Un interferómetro cuántico superconductor es un dispositivo que detecta campos magnéticos miles de millones de veces más débiles que la aguja de una brújula común. En su interior hay un puente estrecho donde la superconductividad se interrumpe por un instante.

Dos estrellas, AF Lep A y ε Indi A, se convirtieron en el centro de atención. Con el espectrógrafo GHOST en el telescopio Gemini, los astrónomos descompusieron su luz en colores y, mediante las líneas de absorción, determinaron cuánto carbono, oxígeno, azufre y otros trece elementos hay en sus atmósferas.

La sal de mesa común parece inerte, pero dentro de su red cristalina pueden ocurrir eventos invisibles al ojo. Si en el cristal hay átomos de rubidio-87, de vez en cuando sufren una desintegración beta, un tipo de transformación radiactiva en la que un neutrón del núcleo se convierte en protón, emitiendo un electrón y un antineutrino.

En un vaso con un líquido turbio donde sedimenta almidón, el ojo solo ve una cortina gris. Las partículas del interior se mueven, pero qué ocurre exactamente ahí sigue siendo un misterio. Los instrumentos ópticos convencionales no logran atravesar esa suspensión: la luz se dispersa ya en la capa superior.

En la superficie de la Luna y de los asteroides hay hoyos más pequeños que una cabeza de alfiler, pero con bordes fundidos y brillantes. Estas marcas las dejan meteoritos diminutos; sin embargo, a qué velocidad exacta se produce la fusión seguía sin estar claro.

Cuando la partícula ψ(2S) se desintegra en un protón y un antiprotón, dos mecanismos diferentes actúan simultáneamente: la interacción fuerte, como un pegamento que mantiene unidos a los quarks, y la electromagnética, como la luz que repele las cargas. Sus contribuciones se suman con un cierto desfase.

El tirador apunta al blanco, aprieta el gatillo y escucha dos disparos: uno fuerte, otro suave. Así funciona la nueva instalación, solo que en lugar de balas hay un grupo de electrones, y en lugar de disparos, dos destellos de luz. Uno es de rayos X, el otro es terahercio. Vuelan hacia el mismo punto con un intervalo perfecto.

Un haz de láser atraviesa una cubeta de vidrio con vapor de cesio. Los átomos del vapor se mueven caóticamente, como una multitud en una estación: cada uno entra en el haz, permanece un instante y vuelve a salir. Su estado interno —algo así como la orientación de un pequeño imán— cambia bajo la acción de la luz. Si todos los átomos fueran idénticos e inmóviles, la señal sería uniforme.

El borde del Sol parece una franja peluda: de él se elevan finos chorros de gas incandescente, las espículas. Viven solo unos minutos y cambian constantemente.

La luz que atraviesa un vaso de agua turbia se debilita: parte de ella se absorbe. Así funcionan muchos instrumentos para analizar líquidos: miden cuánta luz se ha perdido y, con ello, deducen la composición. Pero si el líquido no es homogéneo, como una sopa con tropezones, un solo número no basta: hay que saber dónde se absorbió más.

En el cristal de niobato rutilo, los átomos de níquel se encuentran en jaulas de oxígeno: octaedros. A veces, uno de los átomos pierde un electrón y la carga salta al átomo vecino, como un testigo en una carrera de relevos. Pero ese salto no es aleatorio: lo desencadenan las vibraciones de toda la red.

Las olas en la superficie del agua normalmente se rompen contra cualquier obstáculo: una piedra, un pilote, una isla. ¿Pero qué pasaría si colocas los obstáculos de manera tan astuta que la ola casi no los note? En un nuevo trabajo, los científicos dispusieron sobre el agua un patrón de muchos puntos, colocados según reglas matemáticas especiales, y enviaron olas a través de ellos.

El átomo de helio es como una cuerda bien tensa: cada nota que emite está estrictamente predicha por la teoría. Pero en los últimos años, las mediciones precisas de una de esas "notas" —la energía necesaria para arrancar un electrón de un átomo de helio excitado— han comenzado a sonar un poco más agudas de lo debido.

Una proteína es como una pequeña máquina que se enciende y se apaga bajo órdenes. La orden llega cuando otra molécula se adhiere a ella, como una llave en una cerradura. Después, la proteína cambia de forma y transmite la señal más allá. Pero cómo exactamente viaja la señal dentro de la proteína había sido un misterio durante mucho tiempo.

La cámara de un teléfono inteligente capta la luz con diminutos sensores, pero por sí solos no distinguen los colores. Por eso se colocan filtros de color delante de ellos: rojo, verde, azul, como vidrieras en una ventana. Cada sensor ve solo su color, y luego un programa ensambla la imagen completa a partir de esas piezas.

En un semiconductor ordinario es difícil obtener dos cosas a la vez: un magnetismo fuerte y un par electrón-hueco robusto que nace al absorber luz. Las impurezas magnéticas que hacen magnético al material, al mismo tiempo impiden que el electrón y el hueco permanezcan juntos: son como vecinos ruidosos que no dejan a la pareja existir en paz.

El haz de un sincrotrón es como un chorro de agua de una manguera: ancho e incómodo para trabajos de precisión. Para examinar una muestra diminuta se necesita una aguja fina, no una manguera.

El plasma de microondas en un vórtice es como una batidora de cocina que calienta y mezcla el gas a la vez. En el reactor, el gas se hace girar y las microondas lo calientan hasta miles de grados, rompiendo las moléculas de dióxido de carbono. Los científicos han creado un modelo computacional de este reactor para entender cómo afecta la presión al proceso.

El instrumento ilumina la muestra con un haz infrarrojo y las moléculas responden con su patrón de absorción, como campanillas de distinto tono. Ese patrón, el espectro, guarda información sobre la composición química.

Un haz de luz normalmente viaja en línea recta, pero se puede hacer que gire alrededor de su eje, como el agua que se arremolina al desaguar. Esta luz 'vortical' transporta más información y es necesaria para comunicaciones ultrarrápidas y computación cuántica. El problema es que antes se requerían grandes lentes, espejos y un ajuste preciso: toda una mesa óptica.

Dos peonzas giran tan cerca que casi se tocan. Una es azul y ardiente; la otra, blanca y tenue. Juntas completan una vuelta en veinte horas. Es el par Feige 64: una estrella azul de apenas un tercio de la masa del Sol y una enana blanca —el núcleo enfriado de una antigua estrella— una vez y media más pesada que nuestro astro.

Una piedra lanzada al agua pierde velocidad rápidamente. Un meteoro que entra en la atmósfera debería comportarse igual: el aire lo frena y la fricción quema su material. Pero las cámaras de la red Global Fireball Observatory han capturado durante diez años cientos de bólidos brillantes que atraviesan el cielo casi sin desacelerar.

Los electricistas que trabajan con alta tensión se parecen a los buzos: necesitan ver lo que ocurre en las profundidades, pero sin bajar ellos mismos. Para eso hace falta un sensor que se mantenga alejado de la corriente peligrosa y envíe la información a la superficie.

Dos estrellas giran una alrededor de la otra como bailarines que se acercan y se alejan. Con el tiempo, una de ellas se hincha y sus capas externas fluyen hacia la vecina. La que recibe el material ajeno no se distingue en apariencia de una estrella solitaria, pero su superficie lo recuerda todo.

El agua caliente después de la ducha, el aire cálido de la ventilación, las paredes calientes del motor: todo esto es calor por debajo de 100 °C. Normalmente se disipa sin hacer ningún trabajo útil. Ahora se puede capturar y convertir en electricidad. Dentro del nuevo dispositivo hay un alambre de aleación de níquel y titanio.

En la cocina, cuando la sartén se calienta al rojo, la mano siente el calor antes de tocar. El telescopio solar capta un calor invisible similar, pero que proviene de una estrella, no de una estufa. El instrumento llamado HATS detecta radiación en el rango de terahercios, que antes apenas se estudiaba por las dificultades técnicas.

Una linterna normal ilumina en todas direcciones, y a los pocos metros su haz se debilita tanto que apenas ilumina una pared. La atmósfera dispersa la luz, y el viento y las corrientes térmicas la distorsionan aún más. Pero si se coloca un tubo invisible para la luz directamente en el aire, el haz viajará por él como el agua por una manguera.

Las gigantes rojas en el centro de la Vía Láctea se asemejan a faros lejanos que se encienden y se apagan. Su luz atraviesa el denso polvo, pero los métodos habituales para medir distancias fallan aquí: las estrellas son demasiado brillantes e inestables, y el polvo distorsiona la imagen. Los astrónomos encontraron un camino alternativo.

Un haz de electrones es un flujo de partículas diminutas que llevan carga eléctrica. Cuando ese haz incide en un material, no solo lo calienta o arranca átomos, sino que también empuja ligeramente la superficie, como un chorro de agua empuja la palma de la mano.