guía de ondas

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 orquesta toca, pero el director solo oye un murmullo general. Cada instrumento lleva su parte, pero no se distingue dónde está la flauta y dónde el contrabajo. Se necesita un analizador de espectro: un dispositivo que descompone el sonido por frecuencias.

En la base del sistema hay un riel por el que se desplazan las antenas-pinza, cada una emite una señal de radio. El smartphone las recibe y, conociendo la velocidad de la luz, calcula la distancia a la antena por el retardo.

Una orquesta sin director, donde los músicos se escuchan entre sí a través de una pared común. Así funciona aproximadamente el nuevo tipo de láser: varios átomos (emisores) se colocan a lo largo de una guía de ondas, una delgada pista para la luz en un chip. La luz de cada átomo viaja por esa pista e influye en los vecinos.

Una cavidad de microondas ordinaria se parece a una caja de música: solo responde a frecuencias estrictamente definidas, sus propias notas. Pero, ¿y si pudiéramos hacer que sonara de otra manera? Los científicos cambiaron las reglas del juego haciendo que las paredes fueran "unidireccionales". Dentro de una cavidad así, la onda solo puede avanzar, sin reflejarse hacia atrás.

La luz es un flujo de fotones. En una guía de luz especial, que recuerda a un estrecho pasillo, un átomo «guardián» normalmente los deja pasar uno a uno. Este fenómeno es estudiado por la espectroscopia de partículas individuales.

Un sobre postal ordinario tiene forma rectangular, y la carta en su interior no cambia las propiedades del sobre. Con los fotones, partículas de luz, la situación es diferente: su 'forma' en el tiempo puede variar, y esa forma en sí misma transporta información.

Cuando la luz atraviesa un medio turbio —por ejemplo, un vaso de leche o un vidrio esmerilado— se dispersa en todas direcciones. Pero a veces, en lugar de dispersarse, queda atrapada en diminutos «bolsillos» dentro del material. Estos bolsillos son lo que los físicos llaman modos localizados: la luz cae en una trampa y no puede escapar.

Un río fluye en una dirección, mientras una ola en su superficie avanza en la contraria. Esa misma dualidad ocurre en los materiales hiperbólicos: la energía de la onda luminosa y sus frentes de onda divergen, impidiendo crear una lente nítida.

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.

El receptor no capta ondas de radio, sino luz submilimétrica: lo que emiten las nubes frías de gas y polvo en galaxias lejanas. En su interior hay una rejilla de diminutos resonadores, cada uno sintonizado a su propia frecuencia, como las cuerdas de un piano a las notas.

Una bandada de luciérnagas en un bosque nocturno parpadea al azar: cada insecto destella por su cuenta y la luz se dispersa por igual en todas direcciones. Ahora imagina que las luciérnagas se pusieran de acuerdo para parpadear de modo que su luz conjunta se dirigiera solo hacia el norte, aunque ellas permanecieran quietas y ninguna se girara.

La luz, al atravesar un cristal delgado, puede cambiar de color y de dirección de vibración. En una lámina de disulfuro de molibdeno de unos cientos de átomos de grosor, un rayo infrarrojo se convierte en verde, y su polarización —es decir, cómo vibra la onda de luz— obedece a la geometría del cristal.

El hidrógeno es el combustible más ligero, y su conversión en electricidad sobre la superficie de un metal recuerda a un partido de ping-pong: los átomos de hidrógeno se unen y se desprenden del electrodo. Pero el marcador de este juego no depende de la acidez de la disolución como se esperaba.

Una mota de polvo de diamante, más pequeña que la centésima parte de un milímetro, brilla en rojo. En su interior hay un defecto del cristal: dos átomos de carbono vecinos, donde falta uno y junto a él se encuentra un átomo de nitrógeno. Ese par atrapa la luz y la devuelve, como un faro diminuto que no se apaga a temperatura ambiente.

El sonido en una placa delgada se comporta como las ondas en el agua: avanza, se refleja en los bordes, cambia de forma. Pero el sonido tiene una rareza: es capaz de atravesar lugares donde la onda tiene prohibido existir. Es como si las ondas de un estanque desaparecieran de repente ante una barrera de piedra y reaparecieran al otro lado, sin rodearla.