láser ultravioleta

Un blanco de gas se parece a un embudo: cuanto más inclinadas son sus paredes, más fuerte es el flujo. Solo que en este embudo no fluye agua, sino luz ultravioleta, que nace cuando un potente pulso láser atraviesa una nube de argón.

El bosque nocturno está lleno de luciérnagas, pero antes solo veíamos las que por casualidad se cruzaban con el haz de nuestra linterna. Así ocurría con las fuentes ultraluminosas de rayos X: puntos en otras galaxias que brillan en rayos X más de lo que podría emitir de forma estable un agujero negro de masa estelar.

La luz que no llega a la cámara deja igualmente su huella en ella. Así funciona el nuevo método de fotografía: se ilumina el objeto con un color y la imagen se compone a partir de otro. En el cristal, las ondas de luz se mezclan y la información sobre lo invisible se transfiere al rayo visible. En el experimento se utilizó un cristal de tiogalato de plata.

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.

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 un campo de visión del tamaño de un grano de arena sostenido cerca del ojo, se esconden cientos de galaxias, difuminadas en arcos por la acción del cúmulo masivo Abell S1063.

Un péndulo que casi nada puede desviar: no le afectan ni las sacudidas, ni el calor, ni los campos magnéticos, porque está escondido en el mismísimo corazón del átomo. Ese es el péndulo que han utilizado los físicos al poner en marcha por primera vez un reloj nuclear. Antes, los mejores relojes, los ópticos, funcionaban con transiciones de electrones.

En 1963, Maarten Schmidt descifró la naturaleza de los cuásares, lejanos núcleos activos que brillan más que galaxias enteras. Desde entonces hemos aprendido que en su corazón se esconden agujeros negros supermasivos que transforman la materia que cae en luz deslumbrante.

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.

Escuchar el cosmos significa armarse de paciencia y afinar el oído. Los astrónomos eligieron para ello el instrumento de baja frecuencia más sensible: el conjunto de antenas OVRO-LWA, 352 antenas dipolo dispersas a lo largo de dos kilómetros y medio en el desierto de California.

Cuando el telescopio espacial James Webb dirigió su mirada hacia las profundidades del tiempo, los astrónomos esperaban ver las galaxias habituales. Pero en cambio, las imágenes se salpicaron de un montón de puntos rojos brillantes e increíblemente compactos.

Un reflector brilla cada vez más, pero en cierto límite la bombilla se funde de repente y la luz ya no sale. Algo parecido han visto los astrofísicos en el lejano blázar Markarian 421. Se trata de una galaxia activa cuyo chorro de plasma ardiente (jet) apunta casi exactamente hacia la Tierra, como el haz de un faro cósmico.

La ionosfera a una altura de 70 kilómetros funciona como un espejo gigante para las ondas de radio. Las antenas terrestres le envían constantemente una señal y escuchan su reflejo.

La masa de un bizcocho está llena de pasas diminutas. Si la masa es homogénea, todas las pasas se hinchan por igual y el bizcocho queda uniforme. Pero si la masa tiene grumos — unas zonas más dulces, otras más insípidas—, las pasas se distribuyen de manera desigual: en unos sitios habrá muchas y en otros, ninguna.

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.

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.

Un láser convencional se parece a una orquesta cuyos músicos necesitan calentar antes de tocar al unísono. Primero hay que bombear energía a suficientes átomos para que se 'inviertan' y estén listos para emitir luz: esto se llama inversión de población. Solo entonces surge el haz.

Un rayo láser tan tenue como un susurro de luz ha llevado un núcleo de torio-229 a un estado de mayor energía. La mayoría de los núcleos necesitan una explosión de energía, pero el torio-229 tiene una brecha energética tan pequeña que incluso este suave empujón funciona.

Un cuásar lejano se nos presenta como cuatro puntitos de luz dispuestos en cruz. Así lo deforma la gravedad de una galaxia que se interpone en nuestra línea de visión: actúa como un vidrio imperfecto y multiplica la imagen. Cada puntito es el mismo objeto, pero su luz nos llega por caminos diferentes.

Una lámina de grafeno es una red de átomos de carbono de un átomo de espesor. En ella se ven las más mínimas impurezas, como motas de polvo en los cristales de las gafas. Hace diez años se aprendió a esconder el grafeno entre capas de nitruro de boro, algo así como poner una hoja frágil entre dos trozos de film transparente.

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.

Un diminuto rayo láser roza un cristal por un instante y, como por arte de magia, se encienden en su interior lucecitas cuánticas individuales. No es un truco, sino una nueva forma de crear cúbits, las celdas de trabajo de los futuros ordenadores cuánticos.

La luz de estrellas lejanas, al atravesar el polvo cósmico, pierde parte de su energía. Los granos de polvo absorben y dispersan la luz, y por la forma en que lo hacen en diferentes longitudes de onda se puede inferir su composición y tamaño. Los astrónomos llaman a esto la curva de absorción del polvo.

El rayo verde de una linterna se sumerge en una piscina y llega al fondo casi sin debilitarse. El agua es transparente precisamente a la luz verde, por eso se usa para comunicarse bajo el agua. Pero para enviar vídeo o datos de un sensor, hay que encender y apagar la luz muy rápido: miles de millones de veces por segundo.

Un gigantesco embudo en el espacio aspira gas del entorno. Parte de ese gas no cae hacia el interior, sino que es expulsado de vuelta, como salpicaduras de agua hirviendo.

La luz blanca ordinaria es una mezcla de todos los colores a la vez, como el ruido de una multitud donde cada persona habla en su propia frecuencia. Los científicos, en cambio, necesitan luz cuyas frecuencias estén alineadas con precisión, como las teclas de un piano, donde cada nota suena por separado y con exactitud.

La radioterapia se parece a disparar un rifle de gran calibre a un blanco pequeño: incluso un disparo preciso afecta una gran área alrededor. El grosor de la "huella", llamada penumbra, en los equipos estándar es de 2 a 3 milímetros. Para un tumor en el pulmón, esto no es grave, pero cerca de un nervio o un vaso sanguíneo, esos milímetros deciden si la persona quedará sana.

Las ondas gravitacionales son ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo, que se propagan desde sus fuentes como los círculos en el agua al arrojar una piedra. Cuando una onda pasa junto a una galaxia, su trayectoria se curva, tal como las ondulaciones del agua al encontrarse con una roca sumergida.

Un peine normal separa el cabello en mechones uniformes. Un 'peine' láser hace lo mismo con la luz: no emite un solo color, sino miles de colores, separados por pasos de frecuencia exactamente iguales. Esta herramienta ya ha ayudado a medir el tiempo con precisión de milmillonésimas de segundo y a mirar dentro de los átomos.

Un flujo de electrones se puede comparar con el haz de un puntero láser: si diverge, la mancha en la pared se extiende rápidamente. En el laboratorio, los físicos han creado un haz tan estrecho que permanece fino a gran distancia, como el de un buen puntero.

Los rayos gamma son los destellos de luz más energéticos que nacen en las profundidades de los átomos. Su energía es como una huella dactilar: cada elemento radiactivo tiene su propio patrón. Pero medir ese patrón con alta precisión es como pesar un grano de arena en una balanza colocada sobre un camión que vibra.

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.

En el núcleo de un átomo de oro se esconde el futuro medicamento contra el cáncer. Si se golpea un blanco de oro con un rayo gamma de unos 30 megaelectronvoltios, uno de los núcleos pierde un protón y un neutrón y se convierte en un isótopo raro de platino: el platino-195m.

El haz del láser atraviesa el vidrio y toca una fina película de diamante. En el punto de contacto, la película se convierte en una tira estrecha que se eleva ligeramente. Colocamos una segunda tira similar al lado, y entre ambas queda un corredor vacío. Eso es el canal: su anchura puede ser cincuenta veces mayor que su altura, como una hoja de papel sobre la mesa.

La luz ultravioleta con una longitud de onda de unos 300 nanómetros es invisible al ojo, pero puede destruir el ADN de los microbios, hacer que algunas sustancias brillen y transportar información. Hasta ahora, los láseres en este rango eran voluminosos, caros o de corta vida.

En un acelerador de partículas, los electrones recorren un círculo a casi la velocidad de la luz. Cuando uno de estos electrones choca con un fotón —una partícula de luz—, el fotón rebota como una pelota contra un camión en movimiento y sale con mucha más energía.

Un motor diminuto se dobla con la electricidad y tensa un resorte invisible. Estos motores, los actuadores piezoeléctricos, sirven para estirar o comprimir puntos cuánticos, haciendo que emitan pares de fotones entrelazados. Antes se fabricaban con métodos complejos, pero ahora todo se puede cortar con un solo láser.

El óxido de vanadio es un material que puede ser aislante, sin conducir corriente, o conductor, como un metal. La conmutación tarda billonésimas de segundo, y sobre esto se quieren construir dispositivos electrónicos ultrarrápidos. Pero cómo ocurre exactamente fue durante mucho tiempo un misterio.

La luz es una excelente herramienta para estudiar los tejidos, pero se apaga rápidamente en las profundidades del cuerpo. A pocos milímetros, los fotones se dispersan tanto que resulta imposible distinguir nada. Los científicos idearon una solución alternativa: en lugar de iluminar desde fuera, llevar una diminuta fuente de luz directamente al interior. El problema era cómo alimentar esa fuente sin cables.