martes, 29 de diciembre de 2009

¡Que siga el avance tecnológico!

Quiero despedir el año con varias entradas, como una forma de redimir mis escasos artículos durante el 2009, así que ahí va otra.
Esta vez se trata de un artículo de la revista New Scientist, que habla sobre el reciente (el artículo es del 21 de Diciembre de este año) descubrimiento de pulsos de luz de un único ciclo (es decir, que sólo contiene una longitud de onda). Lo he traducido para aquellos que, o bien tienen dificultades, o bien sienten pereza cuando se encuentran con un artículo en inglés.
Para los que lo prefieran en la lengua original, al final del artículo os facilito la dirección.

Ondas lumínicas de un solo ciclo brotan de un láser de fibra
Una de las metas que tanto tiempo había escapado de los físicos ha sido alcanzada: producir un pulso de luz tan corto que tan sólo contiene una oscilación de onda.
Los flashes son casi tan cortos como un pulso de luz puede ser, según las leyes de la física. “Estos nuevos pulsos “super-cortos” podrían ser usados como “fogonazos” para captar acontecimientos muy pequeños y rápidos, tales como la interacción entre un fotón y un electrón”, dice Alfred Leitenstorfer de la Universidad de Constanza en Alemania. “Un pulso de un solo ciclo contiene energía más densa que un pulso con más picos y vientres”.
Asimismo, podrían mostrar el camino de acelerar la transmisión de información a través de los cables de fibra óptica, sin más que disminuir la mínima cantidad de luz necesaria para transformarla en lenguaje digital binario: 1 o 0.
El grupo de Leitenstorfer dejó a un lado los láseres cristalinos típicamente usados por los físicos para encontrar estos pulsos de luz super-cortos, decidiendo usar láseres de fibra óptica y longitudes de onda como las que se pueden encontrar en telecomunicaciones.

Un hito tecnológico
“La generación de pulsos de un único ciclo gracias a sistemas compuestos esencialmente por fibra marca claramente un hito en la tecnología óptica”, dice Martin Fermann, de la empresa de láseres Imra America, y que no estuvo involucrado en el trabajo. Espera que “el régimen de un único ciclo se convertirá en un nuevo modelo” con aplicaciones en un procesado más avanzado de la imagen, la señal o la sensibilidad.

El principio de incertidumbre formulado por el físico Werner Heisenberg pone un límite en la duración mínima que un pulso de luz puede tener, sea cual sea la longitud de onda, es decir, en términos de tiempo o de número de ciclos. El grupo de investigadores sabía que en el espectro infrarrojo de frecuencias que estaban usando, el principio de incertidumbre indicaba que tenían que disminuir el pulso a ínfimos femtosegundos (centésimas de millonésimas de segundo).
Los investigadores de Constanza empezaron con pulsos desde una única fibra laser y la separaron en dos conjuntos de fibras que contenían átomos del raro metal terrestre erbio para amplificar las ondas. Cada fibra tenía entonces una segunda etapa que alteraba la longitud de onda de la luz, en una reduciéndola aproximadamente un 40 %, y en la otra haciéndolo una cantidad similar. Las dos fibras convergían de nuevo, causando que los dos rayos de luz interfirieran entre sí de forma que cancelaron la mayoría de las ondas para dejar un único ciclo de onda que duró tan sólo 4,3 femtosegundos.

"El mayor desafío
fue medir el pulso"


Algunos pulsos que son incluso más cortos (de 3,9 femtosegundos), habían sido realizados con anterioridad usando longitudes de onda que eran aproximadamente la mitad que las anteriores. Pero la relación entre la longitud de onda y la frecuencia nos indica que no eran fracciones puras de luz, sino que contenían entre 2 y 1.3 ciclos.

La fibra fue la clave
La clave del éxito, afirma Leitenstorer, fue usar una única fuente para generar los dos pulsos de luz que, combinados, producen el pulso corto. “Gracias al uso de una tecnología únicamente de fibra pudimos recombinar esas dos partes”, le comenta a New Scientist. “El mayor desafió en todo este asunto fue medir el pulso”. Para ello, una serie de pulsos cortos fue comparada con cada una de las otras para verificar que, efectivamente, tan sólo estaban constituidas por un ciclo.
Mejores refinamientos del experimento deberían ser posibles. “Hicimos estos experimentos en tres semanas” dice Leitenstorfer. Su grupo afirma que pueden eliminar la radiación de fondo (en el artículo lo llaman acertadamente ruido de fondo, es simplemente para un mejor entendimiento) para crear ciclos únicos que aparezcan más estables y claros.


Fuente: New Scientist

lunes, 28 de diciembre de 2009

El efecto fotoeléctrico y los faros

El otro día alguien me comentó algo acerca de un nuevo coche (no desvelaré la marca, que no es cuestión de hacer publicidad, aunque creo que es algo que ya incoporan muchos modelos desde hace algún tiempo). Ese algo era el encendido automático de las luces de cruce cuando se hace de noche, entras en un túnel o garaje, etc...
Acto seguido me preguntó cómo podía ser que el coche "se diera cuenta" de cuándo era de noche, si había farolas. Evidentemente, conocía la existencia de las células fotoeléctricas (las mismas que hacen que la puerta del ascensor no se cierre cuando alguien se coloca en ella), pero no entendía cómo ese pequeño mecanismo podía diferenciar entre la luz diurna y una farola que ilumina intensamente.
La respuesta, para los que conocen la física y, en concreto, el efecto fotoeléctrico, es bastante sencilla. Para los que no lo tengan tan claro, lo explicaré brevemente.
El efecto fotoeléctrico fue descubierto por Hertz en 1887, pero no fue hasta el siglo veinte (1905) cuando Einstein le dio una explicación razonable (esto le valió el premio Nobel, y no la teoría de la relatividad).


Hertz observó que en un circuito eléctrico abierto (es decir, a través del cual no puede circular la corriente) aparecía un flujo de electrones (esto es, electricidad) cuando se le hacía incidir con luz de una determinada frecuencia que variaba para distintos materiales del cable.
Einstein explicó este fenómeno utilizando la teoría cuántica desarrollada (no hubo demasiado desarrollo, un simple truco matemático y toda la física patas arriba) por Max Planck apenas unos años antes, y que se basa, principalmente, en algo que ya comenté en el artículo de la radiación y el cáncer, y es que la energía está cuantizada. De esta forma, los fotones transportan una energía igual a la constante de Planck (h) multiplicada por su frecuencia (f).
Einstein se dio cuenta de que para "arrancar" los electrones de uno de los extremos del cable para que pudieran circular, era necesaria una energía mínima (que dependía del metal del cable) transportada por los fotones y, por tanto, estos debían tener una frecuencia umbral para los distintos materiales.
Sin más preámbulos, eso es lo que se aplica en los coches. La radiación solar está compuesta por un amplio espectro de fotones, pero la luz de las farolas apenas cubre el espectro visible y parte del infrarrojo (cuya energía y frecuencia es menor que, por ejemplo, el ultravioleta, los rayos X o los rayos Gamma), por lo que sin más que realizar la célula fotoeléctrica de un material que necesite una frecuencia mayor que la del ultravioleta (que el Sol puede proporcionar, pero no las farolas, como acabo de mencionar) para hacer circular la corriente, es suficiente.

¡Un saludo a todos!