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Ulises y la Ciencia

Desde abril de 1995, el profesor Ulises nos ha ido contando los fundamentos de la ciencia. Inspirado por las aventuras de su ilustre antepasado, el protagonista de la Odisea, la voz de Ulises nos invita a visitar mundos fascinantes, sólo comprendidos a la luz de los avances científicos. Con un lenguaje sencillo pero de forma rigurosa, quincenalmente nos cuenta una historia. Un guión de Ángel Rodríguez Lozano.

El Láser y La Reina del Billar.

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En 1924, Albert Einstein recibió el artículo científico publicado por un joven físico hindú llamado Satyendranath Bose. En él, se describía a la luz como un gas de partículas llamadas fotones. Ciertamente se trataba de un gas extraño, porque los fotones descritos por Bose no se comportaban como los objetos que nos rodean.

Un fotón es una partícula de luz emitida, generalmente, por un átomo al que previamente se le ha suministrado energía. Cada átomo o molécula puede aceptar energía tan solo en cantidades concretas, es decir en forma de paquetes llamados “cuantos”, y también se deshace de ella de la misma manera. La situación es equivalente a lo que sucede al subir y bajar una escalera. Al subir vamos dando saltos de peldaño en peldaño, también podríamos, si somos lo suficientemente ágiles, subir los peldaños de dos en dos o de tres en tres. Ahora bien, lo que no podemos es subir medio peldaño o un cuarto, lo mínimo que podemos desplazarnos es un peldaño entero o múltiplos de éste. Así pues, al subir estamos almacenando energía a saltos.

Al bajar podemos hacerlo también de muchas maneras: saltando los escalones de uno en uno o saltando más de un escalón cada vez. Dicho de otra manera, si valoramos la energía de cada escalón con un número, decimos que perdemos energía en bloques enteros, pero es imposible hacerlo en fracciones de escalones. Bien pues, un átomo actúa de la misma manera.

Lo que Einstein intuyó fue lo siguiente: Imaginemos que en un recipiente existe un gran número de átomos excitados previamente por algún método que no viene al caso. Los átomos excitados tienden a perder la energía que les sobra emitiendo luz y lo lógico sería pensar que perderán su energía de manera aleatoria. Es decir, uno bajará un escalón de energía, otro bajará tres escalones de una vez o diecisiete, por dar unos números, pero lo harán de manera independiente. Sin embargo, los fotones de la luz actúan de una manera muy distinta. Si un átomo libera un fotón, cuando éste choca con otro átomo puede provocar que libere un fotón idéntico al primero, así ambos fotones idénticos viajarán en la misma dirección, es decir, la existencia de un primer fotón provoca la aparición de otros de la misma clase. Es como si, una vez que una bola de billar entrara en un agujero, las que se lanzan después tendieran a caer en el mismo. De esa manera, habría cada vez más fotones con la misma energía, es decir con la misma frecuencia de luz, y se produciría una “radiación estimulada”. Este es el principio básico de lo que más de 30 años después se llamaría “LASER”.

La teoría tuvo que esperar hasta la década de los 50 para ver la luz, en esa época cuando se construyó el primer aparato que utilizaba el principio de “radiación estimulada” apuntado por Einstein. Curiosamente no emitía luz visible sino microondas, unas radiaciones que tienen la misma esencia que la luz pero que nuestros ojos no pueden ver. El primer artefacto, diseñado en 1953 por el norteamericano Charles Townes, utilizaba como base moléculas de amoniaco que al ser estimuladas emitían microondas. El aparato fue conocido después como MÁSER, donde la M inicial indica que la radiación que producía estaba en el rango de las Microondas.

El LÁSER, cuyo nombre es una abreviatura de la denominación inglesa que significa “Amplificación de luz Mediante Radiación estimulada”, tardó aún varios años en llegar y su aparición no estuvo libre de polémica. La prueba es que durante más de 30 años se estuvieron disputando la patente dos equipos de investigadores. En el primero se encontraban Townes (el diseñador el primer máser) y Schawlow y en el segundo estaba Gordon Gould. En un principio la patente fue concedida a los primeros, pero en 1977 una sentencia judicial la puso en manos de Gould.

Claro que, una cosa es la patente y otra construir el primer aparato capaz de emitir luz láser. En este caso no hubo duda, el autor del primer láser operativo fue el norteamericano Theodore Maiman. Lo consiguió en 1960 utilizando un cristal de cilíndrico de rubí. Maiman hizo que los dos extremos del cilindro fueran espejos, uno reflejaba toda la radiación, mientras que el otro era semitransparente. Cuando se producía un primer fotón en el interior del cristal de rubí, éste provocaba la aparición de otros idénticos a él que iban sumándose en el camino. Luego los espejos los reflejaban la luz y el proceso de creación de fotones continuaba hasta que una parte de ellos lograba escapar por el lado del espejo semitransparente. Esos fotones formaban un haz estrecho y de un color rojo intenso: El LASER.

Después de 1960 llegó la locura. Se desarrollaron todo tipo de láseres y se comenzaron a aplicar en los campos más insospechados. La industria construyó láseres para soldar, para taladrar diamantes, para cortar patrones de ropa o para leer los precios de los artículos mediante el código de barras. La luz láser se utiliza para transmitir información dentro de los cables de fibra óptica que han revolucionado las telecomunicaciones. En medicina se utiliza de muchas maneras: un láser corta mejor que un bisturí, suelda los cortes de una retina con una precisión extraordinaria, destruye cálculos del riñón o desatasca una arteria obstruida. En la tecnología militar el láser se utiliza para guiar misiles, aviones o satélites, incluso se ha estudiado un láser potente que bien podría llamarse el “rayo de la muerte”. El láser se puede utilizar para restaurar monumentos porque el calor que produce arranca con precisión los depósitos de cal y suciedad acumulados por los años en los objetos de arte. Gracias al láser se puede escuchar las canciones preferidas grabadas en un disco óptico o se pueden comprobar las teorías de Einstein, como se acaba de hacer hace muy poco con la detección de las Ondas Gravitacionales.

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