espectroscopía de terahercios

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 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 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.

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.

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.

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.

Una pila ordenada de capas atómicas descansa sobre un sustrato. Desde arriba incide un haz invisible de luz terahercio, y desde un lado se aplica un campo magnético. Al reflejarse, el haz gira ligeramente su polarización.

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.

La materia oscura es una masa invisible que mantiene unidas las galaxias. Se desconoce su naturaleza, pero uno de los candidatos más probables es el axión, una partícula ultraligera que casi no interactúa con la materia. Para atraparlo, los físicos han creado una trampa híbrida.

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.

La luz que no vemos pero sentimos como calor resultó ser la clave de la vida celular. Un nuevo tipo de microscopio utiliza ondas de 2000 a 2500 nanómetros de longitud, tres veces más largas que la luz roja, y que apenas se dispersan en los tejidos.

La luz incide sobre una película delgada y, al instante, se genera una corriente eléctrica. Así funciona un par de materiales: disulfuro de molibdeno y cobalto. El primero es un semiconductor; el segundo, un imán. Entre ellos, según se ha descubierto, nace una capa intermedia invisible.

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.

Un horno al rojo vivo en un taller o el escape caliente de una turbina no son solo calor, sino luz que el ojo humano no ve. Los paneles solares comunes capturan la luz visible, pero aquí se necesita un receptor para la radiación térmica invisible.

La luz en agua turbia se comporta como una persona en niebla densa: cada paso es una colisión y la imagen se desdibuja. Por eso un microscopio común no ve a través de la piel o la leche. Los ingenieros encontraron una vía alternativa: mirar en el infrarrojo, donde la luz choca menos con las partículas.

Un láser de electrones libres convencional se parece a un instrumento musical con una sola cuerda: solo puede tocar una nota hasta que se modifica su construcción. Para obtener otra longitud de onda, hay que reajustar los imanes o acelerar los electrones con más fuerza. Eso es caro y voluminoso.

La luz que atraviesa un gas deja en el espectro estrechas bandas oscuras: huellas de absorción. Las moléculas de acetonitrilo, similares a diminutas antenas, responden solo a frecuencias estrictamente definidas. Pero cuando hay muchas líneas y están muy juntas, las señales se superponen, como voces en una habitación ruidosa.

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.

Una misma explosión puede sonar de manera distinta: todo depende de hacia dónde sople el viento. En 2024, los investigadores detonaron dos veces cargas equivalentes a diez toneladas de TNT y registraron el sonido con una red de 31 micrófonos distribuidos en un radio de 23 kilómetros. La fuente era idéntica, pero los paisajes sonoros resultaron muy diferentes.

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.

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.

Una taza caliente o una mano humana emiten luz invisible: radiación infrarroja media. Cada sustancia absorbe esta luz de manera distinta, dejando una “huella dactilar” única. Con esa huella se puede saber de qué está hecho un objeto sin tocarlo. Antes, para ver esa huella se necesitaban láseres enormes que funcionaban con destellos muy cortos. Eran caros y complicados.

Las ondas terahercio se sitúan entre las microondas y la luz infrarroja. Atraviesan papel, plástico y tela, pero no el metal ni el agua. Por eso pueden usarse para inspeccionar paquetes sin abrirlos o escanear equipajes en el aeropuerto. Sin embargo, los receptores de estas ondas se fabricaban hasta ahora con materiales caros como el arseniuro de galio.

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.

Hay una porción de la luz que durante mucho tiempo fue un punto ciego: de 5 a 15 terahercios. No son ondas de radio ni calor infrarrojo, sino algo intermedio, donde las moléculas oscilan de manera especialmente característica. Científicos de Alemania han construido un dispositivo que por fin se asoma a esta 'nueva brecha de terahercios' e incluso más allá, hasta más de 25 terahercios.

Una película delgada de un compuesto de bismuto y selenio reposa sobre un sustrato. Un destello láser de una millonésima de milmillonésima de segundo la golpea. Cerca hay un imán cuyo campo es más débil que el de un imán de nevera.

En octubre de 2022, el observatorio LHAASO midió el espectro (distribución de energías) del estallido de rayos gamma GRB 221009A, el más brillante jamás registrado. Su luz viajó durante dos mil millones de años y fue tan intensa que perturbó las capas superiores de la atmósfera terrestre.