pulso ultracorto

Afinar la cuerda hasta la nota deseada: el pulso láser se ajusta para que las armónicas suenen al unísono en frecuencias de kiloelectronvoltios. La luz que vemos oscila a una frecuencia de cientos de billones de veces por segundo.

El herrero aviva los fuelles y el lento flujo de aire se convierte en una corriente afilada capaz de encender el fuego. Algo similar hacen los físicos con la luz: toman un pulso láser largo y lo comprimen en un destello corto y potente.

Es como un récord en una carrera de velocidad: para batirlo necesitas una carrera perfecta. Pero los púlsares sub-milisegundo púlsares tienen una carrera demasiado corta. El púlsar más rápido conocido, PSR J1748-2446ad, da 716 vueltas por segundo, más rápido que una batidora de cocina.

De noche, en la orilla, hay un faro. Su lámpara permanece apagada casi todo el tiempo, pero cada pocos días, durante una fracción de segundo, emite un destello tan intenso que se ve más allá del horizonte.

Durante tres días seguidos, un láser golpeó un chorro de gas y, cada segundo, se generaba un haz de electrones con una energía comparable a la de un pequeño rayo. Antes, estos haces solo se obtenían en enormes salas donde el acelerador ocupaba un edificio entero. Ahora, todo el sistema cabe en una habitación y funcionó sin fallos durante 72 horas.

Cuando un rayo láser incide en un gas, arranca electrones de los átomos y los acelera hasta casi la velocidad de la luz. Estos electrones, al atravesar el plasma, emiten rayos X, como una estela luminosa dejada por una partícula veloz.

Dos electrones que salen de la punta de una aguja metálica casi al mismo tiempo comienzan a repelerse, como dos personas que intentan pasar a la vez por una puerta estrecha. Cuanto más cerca están el uno del otro, más se estorban.

Un qubit superconductor es como un instrumento musical caprichoso: hasta que no lo afinas, no esperes una nota limpia. Pero incluso después de afinarlo, el sonido se desvía. Los culpables son diminutos defectos en el material que los físicos llaman sistemas de dos niveles. Son como grietas invisibles que aparecen y desaparecen, alterando el ritmo del procesador.

La galaxia no es un lago liso, sino un estanque con ondas. Estas ondas las crea la materia oscura ultraligera (partículas miles de millones de veces más ligeras que el electrón). Las oscilaciones de su campo alteran ligeramente el ritmo de los púlsares lejanos — faros cósmicos cuyas señales captan los radiotelescopios terrestres.

En el océano silencioso de la Galaxia, las civilizaciones maduras probablemente adoptaron hace tiempo una estrategia inesperada: en lugar de faros estridentes, dispersan luciérnagas silenciosas — faros láser interestelares autónomos, a la deriva en el vacío y emitiendo destellos de microsegundos.

Un láser convencional es un resonador donde la luz rebota entre espejos y se amplifica. Pero los espejos pueden eliminarse y hacer que la luz circule dentro de una partícula diminuta, más pequeña que la propia longitud de onda.

Un láser de fábrica, que en producción corta y suelda metal, se ha hecho funcionar por primera vez como acelerador de partículas. Los físicos tomaron un láser estándar de iterbio —cuyo núcleo es un cristal del tamaño de una palma— y convirtieron sus destellos en una herramienta para acelerar electrones hasta casi la velocidad de la luz.

En la constelación de Escorpio, a 3000 años luz de la Tierra, una estrella muerta roba materia a una viva. La enana blanca en el sistema IGR J17014-4306 —una esfera superdensa de carbono y oxígeno con la masa del Sol pero el tamaño de la Tierra— arrastra hidrógeno de su estrella compañera normal.

La materia oscura es una sustancia invisible que se manifiesta solo a través de su influencia gravitatoria: curva la luz de galaxias lejanas, como una ventana invisible que desvía los rayos.

En la molécula de benceno, los electrones zumban alrededor de los núcleos como un enjambre de abejas alrededor de la colmena. Pero este enjambre no solo zumba: pulsa. Cada 856 attosegundos, la nube electrónica completa un ciclo de oscilación.

El universo está lleno de una sustancia invisible: la materia oscura. Sentimos su atracción, pero ¿de qué está hecha? Quizás es un océano de partículas ultraligeras, con una masa tan pequeña que se comportan más como ondas que como partículas. Para captar este oleaje cósmico, los científicos recurrieron a los faros más precisos: los púlsares.

El péndulo oscila con tal precisión que, si hubiera estado contando los segundos desde el Big Bang, hoy se habría desviado solo medio segundo. Esa es la estabilidad del nuevo láser ultravioleta portátil, el corazón de los relojes atómicos de aluminio.

Normalmente, los isótopos se separan aprovechando la diferencia en el peso del núcleo. Es una diferencia diminuta, como si clasificáramos granos de arena que se distinguen por una centésima de milímetro. El nuevo método no se fija en el peso, sino en la rotación del núcleo: su espín.

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.

El láser golpea un blanco de alambres delgados y, en decenas de femtosegundos (milmillonésimas de milmillonésima de segundo), arranca de ellos un flujo de protones. Estos protones entran en un convertidor de litio y deuterio, donde nacen los neutrones.

Un flash fotográfico común dura milésimas de segundo. Un pulso de attosegundos es un billón de veces más corto: en el tiempo que dura, la luz recorre una distancia menor que el tamaño de un átomo.

Un flash fotográfico normal se congela en centésimas de segundo, pero para los átomos eso es una eternidad. Dentro de las moléculas, los electrones saltan en attosegundos: milmillonésimas de milmillonésima de segundo. Para capturar algo así se necesita un pulso de luz más corto que el propio evento.

Una lámina ordinaria de fósforo negro se parece a un pastel de capas de átomos. Si la iluminas con una lámpara común, no ocurre nada especial: los electrones permanecen quietos, como espectadores en una sala oscura. Pero un destello láser corto, que dura millonésimas de milmillonésima de segundo, sacude esa sala.

La luz puede transportar información más rápido que cualquier electrónica. Pero normalmente, entre el ordenador y el láser se encuentra un convertidor digital-analógico, un dispositivo que convierte los ceros y unos en señales eléctricas. Es precisamente lo que frena todo el proceso. El nuevo transmisor prescinde de este intermediario.

Un destello láser de 50 femtosegundos es como un disparo que dura una milmillonésima de segundo. En ese tiempo, la luz recorre solo 15 micrómetros, menos que el grosor de un cabello humano. Pero si ese destello se hace pasar por un amplificador, empieza a estirarse como una goma elástica y pierde su nitidez.

Un destello láser dura unos pocos femtosegundos: es como si un instante se dividiera en un millón de partes. En ese destello se mezclan muchos colores a la vez, del rojo al violeta. Los instrumentos que miden la forma del destello suelen equivocarse: unos colores los ven bien, otros mal. Por eso la imagen sale borrosa. Los autores del artículo proponen una salida sencilla.

El láser de diamante convierte casi la mitad de la energía de bombeo en brillante luz amarilla, con una eficiencia del 47,7%, todo un récord para este tipo de dispositivos.

Una onda de choque en la corona solar es como la onda de presión de un avión supersónico, solo que en lugar de aire hay plasma ardiente y en lugar de sonido hay un salto en la densidad y el campo magnético. El 10 de marzo de 2024, una onda así recorrió la parte occidental del disco solar.

El rayo láser incide sobre una película de oro y plata durante apenas unos nanosegundos: en ese tiempo, la luz recorre una distancia menor que un metro. En el punto de impacto, el metal hierve, se dispersa y se solidifica formando un patrón aleatorio de diminutas partículas. Cada patrón es irrepetible, como las grietas en el hielo o las ramas de un árbol.

Una peonza que gira tan rápido que logra completar 220 vueltas en un solo segundo: eso es justo lo que ha capturado el radiotelescopio chino FAST. Se trata del púlsar PSR J1810-0623, una estrella de neutrones del tamaño de una ciudad pero con más masa que el Sol. Cada 4,55 milisegundos, su haz de radio barre la Tierra, como un faro en el océano cósmico.

El radiotelescopio EDA2, en el interior de Australia, es como un oído gigante pegado al cielo. Escucha el cosmos en frecuencias muy bajas, de 50 a 250 megahercios, donde los telescopios normales apenas distinguen nada.

Destellos rítmicos de un faro en medio de una niebla espesa: así se ve la búsqueda de púlsares. El faro gira y su haz llega periódicamente al telescopio. Pero la niebla desdibuja la luz y el período parece un poco diferente.

En el centro de muchas galaxias se esconden agujeros negros supermasivos. De vez en cuando 'gritan' — emiten poderosas erupciones de rayos X. Los científicos llevan tiempo devanándose los sesos con la naturaleza de estas 'erupciones cuasiperiódicas'.

Una cámara que no capta luz, sino un flujo de electrones reflejados por un cristal, es un detector híbrido de píxeles. Es capaz de contar cada electrón que incide en él, casi sin generar ruido propio. En modo normal, cuando el haz de electrones fluye de forma continua, el detector funciona perfectamente.

Un pulso láser que viaja a través de un plasma es como un corredor que se abre paso entre la multitud: empuja a los electrones y deja tras de sí un canal de baja densidad, igual que la gente se aparta ante un velocista.

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.

Un anillo del tamaño de un plato de comida hizo que un haz de electrones corriera en círculos. Su diámetro es de 22 centímetros y una vuelta completa tarda apenas 4,7 nanosegundos. Para que te hagas una idea: en un segundo, ese electrón daría más de doscientos millones de vueltas.

En el observatorio de radio indio de Gauribidanur, 32 antenas parecidas a gigantescos televisores escuchan el cielo. Captan ondas de radio de los púlsares: estrellas muertas que giran a una velocidad vertiginosa y parpadean como faros. Antes, las señales de estas antenas se procesaban de forma lenta y engorrosa.

Un pulso láser corto golpea el aire y en el punto de impacto se enciende un diminuto relámpago. Vive más de lo que parece: el brillo intenso se ve durante medio milisegundo, y el débil, casi veinte milisegundos.

Un púlsar es una estrella muerta que gira a una velocidad vertiginosa y emite impulsos de radio como un faro. Normalmente, estos impulsos siguen un horario estricto, pero a veces aparecen auténticos monstruos: impulsos gigantes que son miles de veces más brillantes que los normales.