La manipulación óptica de objetos mecánicos aprovecha que la luz tiene un momento y puede producir una fuerza. Se requieren objetos micromecánicos cuya masa sea del orden de los nanogramos. Investigadores de la Universidad de Cornell, New York, han demostrado el efecto de fuerzas ópticas repulsivas y atractivas sobre un resonador micromecánico formado por dos ruedas (anillos) de 30 micrómetros de diámetro y 190 nanómetros de grosor. Se han observado deformaciones mecánicas de hasta 20 nanómetros utlizando un láser de 3 mW (milivatios). Me llama mucho la atención las fotos por microscopio electrónico de este tipo de estructuras mecánicas en la escala de micras, con finos detalles de pocas décimas de micrómetro. Cuando además responden a una excitación óptica parece casi mágico. Un artículo técnico de fácil lectura (salvo la información suplementaria que es algo más técnica) de Gustavo S. Wiederhecker, Long Chen, Alexander Gondarenko, Michal Lipson, “Controlling photonic structures using optical forces,” Nature advance online publication 15 November 2009.
Los dos anillos de la figura están fabricados mediante litografía de haces de electrones con nitruro de silicio (Si3N4), que posee un índice de refracción óptico relativamente bajo (2.0). Ambos anillos están separados por 640 nm. y resuenan ante una excitación óptica (luz láser) centrada a 1493 nm. Esta luz logra que oscilen los dos anillos de forma simétrica (fuerza atractiva) y antisimétrica (fuerza repulsiva). El esquema del experimento (figura abajo izquierda) muestra que dos haces láser, uno de bombeo (pump) y otro de prueba (probe), son acoplados y dirigidos hacia el dispositivo micromecánico. Para medir el efecto, la luz reflejada en el dispositivo es filtrada para eliminar la señal de bombeo y el resultado excita un fotodiodo (PD). Los resultados obtenidos (figura arriba centro y derecha) muestran la resonancia simétrica (círculos azules) y antisimétrica (círculos rojos) conforme el haz láser de bombeo es sintonizado a las respectivas resonancias.
Como seguramente ya habréis notado en este blog, le tengo cierto “cariño” a las microfotografías de dispositivos micromecánicos y a la fotónica en sentido amplio. Un gran trabajo experimental que no he querido dejar pasar sin mostrároslo.
El libro de Eduardo Battaner López, “Física de las noches estrelladas,” Metatemas 15, Tusquets Editores, 1988, tras una invitación al lector, se inicia hablando de las paralajes estelares, cómo utilizar la órbita de la Tierra alrededor del Sol para medir la distancia a las estrellas más cercanas. Un triángulo cuya base son unos 300 millones de kilómetros y cuyo ángulo, siempre por debajo del segundo de arco (sólo 0″765 para la estrella más cercana, Próxima Centauri) nos permite medir la distancia entre nosotros y una estrella (1,31 pc (pársec) o 4,3 años luz para Próxima Centauri). Battaner lidia con estos temas y muchos otros de Astrofísica, Relatividad y Cosmología, sin miedo a incluir fórmulas matemáticas y razonamientos físicos ”avanzados,” aprovechando el contexto de las conversaciones entre lugareños de un pueblo palentino, Astudillo, al amparo de unos claretes en el bar. El libro incluye copia de las “servilletas” que se utilizaron en dichas conversaciones (imaginarias) y algunas tablas obtenidas gracias a los cálculos de los propios contertulios. Un libro que requiere una lectura atenta y cierta dosis de imaginación con el que disfrutarán los lectores de este blog aficionados a los que temas que han elevado a Battaner, Catedrático de la Universidad de Granada, hasta toda una autoridad a nivel internacional.
La medida por paralaje de la distancia hasta objetos astrofísicos requiere que se encuentren suficientemente cerca de nosotros. La primera medida precisa de la paralaje de un agujero negro cercano se ha aceptado para publicación en la prestigiosa revista The Astrophysical Journal Letters. Utilizando interferometría de base muy grande (VLBI) han determinado la paralaje del sistema binario de rayos X llamado V404 Cyg, que se encuentra en la constelación del Cisne (Cygnus). Está formado por una estrella de unas 6 masas solares y un objeto compacto con una masa entre 10 y 14 masas solares, catalogado como agujero negro. Se creía que este sistema binario se encontraba a unos 4.0 (+2.0,-1.2) kpc (kilopársec), sin embargo, la nueva medida rebaja significativametne dicho valor a 2.39 +/- 0.14 kpc (unos 7800 años luz). Hasta el momento, esta es la medida más precisa de la distancia a la que se encuentra un agujero negro de masa estelar. El artículo técnico es J. C. A. Miller-Jones et al. “The first accurate parallax distance to a black hole,” ArXiv, Submitted on 27 Oct 2009.
Los amantes de la astronomía y astrofotografía deberían tratar de emular a los dos astrónomos aficionados que el 22 y 23 de mayo de 2007 midieron por paralaje la distancia Tierra-Luna utilizando dos fotos diurnas en las que aparecía la estrella Régulo (Regulus) en la constelación de Leo junto a la Luna. Lo bonito del trabajo de Anthony Ayiomamitis y Pete Lawrence es que es un trabajo fácil de repetir (de noche, de día es más difícil). En inglés en la web de Anthony Ayiomamitis, en inglés en la revista Astronomy, en español en Eureka, y en español en El Sofista.
El campo eléctrico es medido en el canal 1 (Ch1) y el magnético en el canal 2 (Ch2). Se muestra el esquema del experimento así como la punta del microscopio óptico por campo cercano.
James Clerk Maxwell y Heinrich Hertz demostraron teórica y experimentalmente que la luz es una onda electromagnética. En las longitudes de onda ópticas los experimentos han logrado medir solamente la componente eléctrica del campo ya que la componente magnética es muchísimo más débil. Burresi et al. han logrado la primera medida directa de las componentes magnéticas de la luz a la salida de una fibra óptica de vidrio gracias a una sonda metálica nanoestructurada, una especie de microscopio por efecto túnel óptico. La microscopía óptica por campo cercano (SNOM o scanning near-field optical microscopy) permite observar la luz a una distancia menor que una longitud de onda (de dicha luz), es decir, su resolución no está limitada por la difracción de Abbe. Para la luz infrarroja en una fibra óptica, este límite difractivo impide observar la luz en distancias menores de 500 nm. (nanómetros). Gracias a la nueva técnica se han podido observar las características ópticas en la nanoescala de los campos magnéticos en pulsos de luz. Nos lo cuentan Harald Giessen, Ralf Vogelgesang, “Glimpsing the Weak Magnetic Field of Light,” Science 326: 529-530, 23 October 2009, haciéndose eco del artículo técnico de M. Burresi, D. van Oosten, T. Kampfrath, H. Schoenmaker, R. Heideman, A. Leinse, L. Kuipers, “Probing the Magnetic Field of Light at Optical Frequencies,” Science 326: 550-553, 23 October 2009.
El cociente entre la contribución al campo electromagnético de la luz de las componentes eléctrica y magnética por separado es de la constante de estructura fina al cuadrado, aproximadamente 4 órdenes de magnitud. Esta diferencia es tan grande que ha permitido observar experimentalmente la contribución magnética sólo en ondas de radio con una longitud de onda entre centímetros y metros. En el régimen óptico es necesario amplificar la componente magnética de alguna manera. En un metamaterial formado por pequeños anillos resonadores nanométricos (con un área de 100 nm. por 100 nm.) es posible realizar dicha amplificación de los campos magnéticos hasta en 6 órdenes de magnitud. Esta es la técnica que han utilizado Burresi et al. han logrado observar tanto el campo magnético como el eléctrico en una fibra óptica y han comprobado que están desfasados exactamente 90º, como la teoría predice, confirmando que la señal que interpretan como campo magnético realmente lo es.
Los cristales fotónicos son materiales microestructurados en los que la luz se comporta como los electrones en un semiconductor, produciendo una estructura de bandas que incluye bandas prohibidas o bandgaps. Los cristales fotónicos permiten detectar, generar y controlar vibraciones mecánicas (fonones) con lo que podemos hablar de cristales fonónicos. La estructura mostrada en la figura (a, arriba) consiste en una serie de pequeños escalones de una escalera, nanovigas de silicio, o lo que es lo mismo, una microviga con una serie de nanoagujeros de forma rectangular. La nanoviga optomecánica experimental ha sido fabricada con silicio aparece en la figura de la izquierda y tiene una anchura de 200 nm (nanómetros). El patrón de agujeros ha sido fabricado utilizando litografía con haces de electrones. Un análisis de elementos finitos de esta estructura permite determinar sus modos ópticos (figura b, arriba), como cristal fotónico, y sus modos mecánicos de vibración (figura c, arriba), como cristal fonónico. Ambos tipos de ondas, ópticas y mecánicas, se acoplan fuertemente en esta estructura, como han demostrado Eichenfield et al. tanto numérica como experimentalmente. En su estructura han acoplado fotones de 200 THz (terahercios) con fonones de 2 GHz (gigahercios). Este tipo de dispositivos abre gran número de posibilidades para el análisis de sistemas electromecánicos utilizando tecnologías ópticas fotónicas. El artículo técnico es Matt Eichenfield, Jasper Chan, Ryan M. Camacho, Kerry J. Vahala, Oskar Painter, “Optomechanical crystals,” Nature advance online publication 18 October 2009.
Resultados experimentales para microondas a 18 GHz.
Uno de los campos que recibirá próximamente un Premio Nobel de Física son los metamateriales. Permiten desarrollar capas de invisibilidad, superlentes y, ahora, agujeros negros artificiales. Propuestos teóricamente hace unos meses, se acaban de fabricar experimentalmente en Nanjing, China. Una región circular de la que la luz (microondas) puede entrar pero no escapar (como microondas, dicho metamaterial se calienta y emite luz infrarroja). Desde el punto de vista de la analogía física se trata de un agujero negro tan real como uno astrofísico, por lo que en un futuro permitirá realizar experimentos cuánticos, incluyendo la (posible) generación de radiación de Hawking en el laboratorio (aunque no será fácil lograrlo). La analogía ideal que todo físico relativista estaba buscando. Las sorpresas lloverán en los próximos años. ¿Algún día estos agujeros negros artificiales serán útiles para algo? Como son elementos absorbentes de la luz, podrán tener utilidad en el desarrollo de placas solares fotovoltáicas más eficientes que, quizás me aventuro a afirmar, acabarán en los tejados de nuestros hogares. Sí, agujeros negros artificiales en el tejado de nuestras casas. Da para pensar. Nos lo cuentan magistralmente, no sin cierto humor, en “Artificial Black Hole Created in Chinese Lab,” ArXiv blog, Wednesday, October 14, 2009 [noticia que busca portada en Menéame]. El artículo técnico experimental es Qiang Cheng, Tie Jun Cui, “An electromagnetic black hole made of metamaterials,” ArXiv, Submitted on 12 Oct 2009. Los interesados en la propuesta teórica original disfrutarán de Evgenii E. Narimanov, Alexander V. Kildishev, “Optical black hole: Broadband omnidirectional light absorber,” Appl. Phys. Lett. 95: 041106, 2009. Hay muchas otras propuestas basadas en cristales fotónicos y otras tecnologías ópticas.
Agujero negro artificial fabricado y detalle de sus celdas elementales.
Qiang y Tie han fabricado un circuito integrado con 60 círculos concéntricos que utiliza dos tipos de elementos, unos que resuenan con las microondas y otros que no lo hacen. Las capas interiores son capaces de absorber completamente microondas con una frecuencia de 18 GHz que incidan en cualquier dirección. Obviamente, la energía ni se crea ni se destruye, por lo que dichas capas interiores se calientan. Materiales completamente negros, es decir, completamente absorbentes de la luz son de gran utilidad en la fabricación de células solares para placas fotovoltáicas.
Simulaciones numéricas para el agujero negro artificial con microondas a 50 GHz.
La imagen que abre esta entrada son las mejores imágenes disponibles del segundo cuerpo más grande del cinturón de asteroides entre Marte y Júpiter en el Sistema Solar, llamado Pallas. Dichas imágenes fueron obtenidas en 2007 por el telescopio espacial Hubble. Las siguientes son reconstrucciones por ordenador a partir de dichas imágenes. Todo bien hasta ahí. Sin embargo, me soprende el gran número de recreaciones artísticas de la superficie de Pallas que aparecen en los medios, muy alejadas de lo que realmente ha sido observado. El propio artículo técnico, publicado hoy en Science, presenta varias imágenes vistosas obtenidas por reconstrucción tridimensional y mucho Photoshop que maquillan las reconstrucciones 3D cual se maquilla la cara de una modelo de portada de revista. Me resulta increíble que los especialistas tengan que recurrir a dichas imágenes retocadas incluso en artículos técnicos como B. E. Schmidt et al. “The Shape and Surface Variation of 2 Pallas from the Hubble Space Telescope,” Science 326: 275-278, 9 October 2009.
La forma de Pallas es de un elipsoide con radios 291 (±9), 278 (±9), y 250 (±9) kilómetros, lo que implica una densidad de 2400 (±250) kilogramos por metro cúbico, es decir, un cuerpo formado por un material rico en agua. El único cráter que se observa realmente en las imágenes del Hubble es un crácter de impacto con un diámetro de 240 (±25) kilómetross. Sin embargo, el propio artículo técnico presenta la siguiente imagen (izquierda), con detalles de cráteres minúsculos, que verlos, verlos, no los ha visto nadie y son sólo parte de la imaginación del artista que ha utilizado Photoshop para maquillar su superficie.
¿Realmente un artículo científico técnico requiere dicho maquillaje de las imágenes? ¿Maquillar los resultados experimentales no es científicamente reprobable? Ahí os dejo estas preguntas para la reflexión.
Monos daltónicos desde el nacimiento se pueden curar cuando son adultos gracias al uso de la terapia génica. Se pensaba que era imposible lograrlo. Reactivar genéticamente la expresión de ciertos fotopigmentos en la retina en la edad adulta se pensaba que no lograría curar el daltonismo, ya que se requeriría la reconexión neuronal de los sistemas de interpretación cerebral de la información visual. Sin embargo, sorprendentemente no es así. Monos ardilla con un genoma defectuoso que no permite el desarrollo temprano de ciertos fotopigmentos en sus ojos (que les hace no poder distinguir entre colores rojos y verdes) se han curado “milagrosamente” gracias a una terapia génica sin necesidad de reprogramación cerebral alguna. Aunque todavía está muy lejos la aplicación de este estudio a humanos, abre una nueva vía que se pensaba que era un callejón sin salida. Habrá que explorarla en más detalle. Nos lo contaron en muchos medios y blogs, como en “Una terapia génica permite ver la vida en colores,” SINC, 16 septiembre 2009, y en Manuel, “Un gen humano cura el daltonismo en los monos,” La Ciencia y sus Demonios, 17 septiembre 2009, cuando el artículo apareció online en Nature, pero hoy se publica definitivamente en Katherine Mancuso et al., “Gene therapy for red–green colour blindness in adult primates,” Nature 461: 784-787, 8 october 2009, con un magnífico comentario de Robert Shapley, “Vision: Gene therapy in colour,” News and Views, Nature 461: 737-739, 8 October 2009. Para mí este artículo es importante porque muestra que el cerebro es capaz de reconectarse completamente cuando recibe información nueva, incluso cuando se ha superado el periodo crítico de plasticidad y desarrollo de los primeros días de vida.
El daltonismo afecta alrededor del 5–8% de los varones, pero a menos del 1% de las mujeres, y es debido a la ausencia de un sólo gen en el cromosoma X. Los que heredan este gen para alguno de los tres tipos de conos en la retina pierden la visión tricromática, resultando solo en una visión dicromática, hay un par de colores (como rojo y verde) que no son capaces de diferenciar. John Dalton, el famoso químico británico, era dicromático, de ahí el nombre “daltónico.” Muchos monos del nuevo mundo son daltónicos, como los monos ardillas (Saimiri sciureus), porque no tienen los genes que permiten que sus conos de la retina presenten los 3 fotopigmentos similares a los de los humanos. Todos los machos y algunas hembras son daltónicas (aunque la mayoría de las hembras son tricromáticas).
Mancuso et al. han inyectado un virus que porta un gen para la expresión del fotopigmento faltante en la retina de un adulto (macho) daltónico (dicromático). Lo sorprendente es que 20 semanas más tarde el nuevo fotopigmento se ha expresado en los fotorreceptores de los conos y el cerebro de dichos monos ha adquirido la capacidad para ver tricromáticamente. Parece magia pero es la expresión viva de la magia de la terapia génica.
Será aplicable a humanos. El tricromatismo en humanos es algo más complejo que en los monos pero el funcionamiento general es el mismo, lo que apunta a que esta investigación pueda llegar a tener en un futuro aplicaciones clínicas. Futuro lejano, ya que la terapia génica genera muchos recelos debido a sus implicaciones bioéticas.
Muchos reclaman que los Premios Nobel se han de reciclar. Ahora mismo lo que llamamos Física es muy diferente a lo que era a principios del s. XX. No hay un Premio Nobel de Ingeniería, pero a veces son ingenieros los que lo reciben. Es el caso de este año en el que se han premiado a dos tecnologías ópticas revolucionarios que todos usamos cotidianamente, incluso sin saberlo. La fibra óptica y los sensores CCD. Los ganadores no estaban en ninguna quiniela (pues todas las quinielas presentaban físicos y no ingenieros). Yo conozco en detalles el trabajo de Charles Kuen Kao, he impartido hasta cursos de doctorado sobre el mismo. La otra mitad del premio, Willard Boyle y George Smith inventaron los sensores CCD mientras trabajaban en los ya desaparecidos Bell Labs, New Jersey, en 1969. Buena presentación “comercial” del premio en El Mundo, “El Nobel de Física premia a tres pioneros de la sociedad de la información,” Agencias, 06 octubre 2009 [visto vía menéame]. Por cierto, el descubrimiento de estos investigadores es tan poco técnico que cualquiera puede entender perfectamente sin mayores conocimientos la Información Científica publicada por la Academia Sueca. A veces hay que premiar lo que todo el mundo sabe. Kao debe estar dando saltos de alegría… estoy seguro de que nunca lo hubiera esperado.
El fundamento físico de la propagación de señales es fibra óptica es la reflexión total interna. Un lápiz sumergido parcialmente en un vaso de agua parece doblado. Visto al revés, desde el agua hacia el aire, el lápiz se dobla más en el aire que dentro del agua, de tal forma que hay un ángulo crítico respecto de la vertical para la cual un haz de luz en el agua no se transmite al aire (tendría que doblarse con un ángulo mayor de 90º). Este es el fenómeno de la reflexión total interna, que ilustra la figura de la izquierda. Toda la luz se refleja, aunque hay ciertas pérdidas. Este fenómeno permite que una señal de un láser se propague a lo largo de una fibra óptica si ésta está formada por un núcleo (core) con un índice de refracción mayor que el material que lo recubre (recubrimiento o cladding).
Las comunicaciones utilizando fibra óptica empezaron a ser una realidad en la década de 1960 con la invención del láser (Premio Nobel de 1964 a C.H. Townes, N.G. Basov y A.M. Prokhorov) y, uno años más tarde, de los láseres semiconductores a temperatura ambiente, desarrollados gracias a los avances en heteroestructuras, semiconductores formados por capas alternas (Premio Nobel del 2000 a Z.I. Alferov y H. Kroemer). El problema de las primeras fibras ópticas eran las pérdidas (la atenuación de la señal), de hasta 1000 dB/km (menos del 1% de la señal óptica lograba transmitirse en 20 metros de fibra). La figura de la izquierda, arriba, lo ilustra muy bien. Para propagar una señal durante kilómetros de fibra se necesitan pérdidas extremadamente bajas.
Charles K. Kao era una joven ingeniero que trabajaba bajo las órdenes de A.L. Karbowiak que tras su defensa de tesis doctoral se dedicó a estudiar la razón física de las pérdidas en fibra óptica. Demostró que el problema eran las impurezas y que para lograr utilizar la fibra óptica de forma práctica era necesario fabricar fibras ópticas ultrapuras con unas pérdidas de unos 20 dB/km y utilizar un diseño del perfil del índice de refracción de la fibra que permite la llamada comunicación monomodo. Publicó su trabajo junto a George A. Hockham en ”Dielectric-fibre surface waveguides for optical frequencies,” Proceedings of the IEE-London 113: 1151-1158, 1966 (reimpresión IEEE en 1986 con DOI) [para ser un artículo que merece un Premio Nobel ha sido muy poco citado, menos de 200 veces; lo que se explica por ser un trabajo de ingeniería y no de física como tal].
Kao afirmó que era necesario fabricar fibra de silicio sin impurezas. ¿Cómo fabricar fibra óptica de la máxima pureza?Investigadores de la empresa Corning Glass Works, en EE.UU., lograron fabricar cuatro años más tarde fibras de alta calidad por estirado capaces de alcanzar los 20 dB/km. Rápidamente en los 1970 se produjeron grandes avances en las técnicas de control de la fabricación de fibra óptica por estirado que llevaron a que a finales de dicha década ya se alcanzace el límite teórico para silicio de 0,2 dB/km para señales con una longitud de onda de 1550 nanómetros. Ello llevó a la explosión del uso de la fibra óptica comercial en comunicaciones durante la década de los 1980.
En cuanto a la otra mitad del premio, los dispositivos CCD basados en tecnología MOS, Willard Sterling Boyle y George Elwood Smith enviaron el 16 de febrero de 1970 la solicitud de patente US Patent 3858232 “Information Storage Devices,” y dos artículos uno teórico y otro experimental en el mismo número de la revista Bell Systems Technical Journal [W.S. Boyle and G.E. Smith, 49 (1970) 587; G.F. Amelio, M.F. Tompsett and G.E. Smith, 49 (1970) 593; no he encontrado estos artículos en la web]. Este invento se popularizó rápidamente gracias al artículo de W.S. Boyle y G.E. Smith, “Charge-coupled Devices — A New Approach To MIS Device Structures,” IEEE Spectrum pp. 18-27, July 1971.
Recomiendo la lectura de la historia de este invento relatada por el propio Smith en George E. Smith, “The invention of the CCD,” Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 471: 1-5, 21 September 2001. La foto de la izquierda presenta el primer CCD fabricado en los Bell Labs donde los sensores están colocados en línea en lugar de en forma de matriz, como es habitual hoy en día en cámaras fotográficas, telescopios, etc. Para los interesados, una buena explicación de cómo funcionan físicamente los dispositivos CCD la podéis encontrar en muchos lugares, por ejemplo, en Courtney Peterson, “How It Works: The Charged-Coupled Device, or CCD,” Journal of Young Investigators, Volume 3, March 2001.
Este año la Academia Sueca ha ido por lo seguro. Ninguna posibilidad de error. Grandes éxitos comerciales de la ingeniería óptica. Enhorabuena a los ganadores.
Una nueva palabra para los libros de ciencia ficción: el “nanoespáser.” Un nanoláser plasmónico, un láser de menos de 100 nanómetros basado en plasmones. Su impacto potencial es enorme en la fabricación de nanocircuitos fotónicos ultrarrápidos, técnicas de nanolitografía, sensores bioquímicos monomoleculares, o en las tecnologías de información cuántica. Los plasmones son ondas generadas por el movimiento colectivo de electrones libres en la superficie de un metal. Todavía no se ha fabricado un nanoláser plasmónico práctico, pero las tecnologías para fabricarlos se han logrado recientemente, como nos cuentan dos físicos teóricos de la Universidad Autónoma de Madrid, Francisco J. Garcia-Vidal y Esteban Moreno, en “Lasers go nano,” Nature 461: 604-605, 1 October 2009, haciéndose eco de dos artículos técnicos publicados recientemente en Nature, los de Rupert F. Oulton et al., “Plasmon lasers at deep subwavelength scale,” Nature 461: 629-632, 1 October 2009, y M. A. Noginov et al., “Demonstration of a spaser-based nanolaser,” Nature 460: 1110-1112, 27 August 2009.
Un láser emite un haz intensa y fuertemente colimado de luz (casi) monocromática coherente. La luz de una bombilla es incoherente, con un espectro relativamente ancho, de intensidad débil y poco colimada (casi onmidireccional). Un láser requiere dos elementos, una cavidad óptica en la que la luz se vuelve coherente por resonancia y un medio que amplifica dicha luz. Un proceso parecido a la afinación de una orquesta antes de iniciar un concierto. Los músicos interpretan una única nota estimulada por las notas tocadas por otros músicos y afinan su instrumento. Para el espectador, la sala de conciertos se llena de un ruido incoherente que evoluciona hacia un acorde tonal bien afinado.
Un nanoláser óptico es imposible ya que no se puede superar el límite de resolución por difracción de la luz utilizada. Para luz visible, con longitudes de onda entre 300 y 800 nm (nanómetros), la cavidad láser más pequeña está limitada a unos cientos de nanómetros. La nanotecnología requiere menos de 100 nanómetros. ¿Cómo lograr un nanoláser? Utilizando electrones en una cavidad metálica, ya que la longitud de onda de los electrones es menor que las de los fotones (igual que la diferencia entre un microscopio óptico y uno electrónico). Los electrones pueden resonar la superficie de un metal produciendo una ondas llamadas plasmones superficiales. Estas ondas generan ondas electromagnéticas fuertemente localizadas en la superficie. En lugar de láser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation o amplificación de luz por emisión estimulada de radiación) podemos hablar de “spáser” (Surface Plasmon Amplification by Stimulated Emission o amplificación de plasmones superficiales por emisión estimulada). Los plasmones, en lugar de los fotones, permiten fabricar un “nanoespáser,” el equivalente plasmónico de un nanoláser. Fabricar un láser de plasmones o “spáser” no es fácil ya que los plasmones sufren pérdidas muy importantes. Para evitarlas hay que diseñar un medio que los amplifique hasta superando con creces dichas pérdidas. Los nuevos artículos técnicos de Noginov et al. y Oulton et al. han logrado desarrollar un medio amplificador de este tipo en la nanoescala.
Noginov y sus colaboradores han encapsulado nanopartículas de oro (de 14 nm de diámetro) en esferas de sílice de 44 nm de diámetro (como muestra la parte izquierda de la figura que abre esta entrada). La amplificación se obtiene gracias al dopado del silicio con ciertas moléculas orgánicas. Los plasmones se propagan en el núcleo de oro, propagándose por el envoltorio de sílice como ondas de luz láser con una longitud de onda de 531 nm.
Oulton y sus colaboradores han utilizado como cavidad “láser” para los plasmones superficiales un nanohilo semiconductor de sulfuro de cadmio de alta ganancia separado de un “espejo” de plata por un aislante de 5 nm (como muestra la parte derecha de la figura que abre esta entrada). El nanohilo tiene un diámetro del orden de 25 nm y los fotones reflejados tienen una longitud de onda de 489 nm (un láser convencional requeriría unos 500 nm de diámetro como mínimo teórico).
Ambos estudios ofrecen importantes avances en la ciencia de los láseres plasmónicos, aunque todavía quedan varias cuestiones técnicas por resolver antes de ver estos “nanoespáseres” en aplicaciones prácticas. La coherencia de la luz emitida por estos dispositivos todavía no ha sido caracterizada. Además, no es luz colimada (la luz es emitida en todas las direcciones). Sin embargo, en los próximos años se avanzará muchísimo en este campo.
Vemos con el cerebro, no con los ojos.” Un nuevo dispositivo permite ver a los invidentes utilizando las terminaciones nerviosas de la superficie de la lengua. Las imágenes de una cámara son enviadas a una matriz de electrodos que se coloca sobre la lengua permitiendo, tras cierto entrenamiento, ver a una persona ciega. BrainPort sustituye los dos millones de nervios ópticos de un ojo por una matriz cuadrada de 400 elecrodos que se coloca sobre la lengua. Cada electrodo genera un pulso eléctrico correspondiente a un promedio de ciertos píxeles en la imagen de una cámara, siendo el blanco un pulso eléctrico fuerte y el negro la ausencia de pulso eléctrico. “Tan fácil como aprender a montar en bicicleta.” Los estudios indican que unos 15 minutos de entrenamiento son suficientes para que una persona invidente logre obtener información espacial de su entorno que le permita moverse y evitar obstáculos. Tras una semana, la mayoría de los sujetos aprenden a encontrar puertas y botones de ascensores, a leer letras y números, y a agarrar vasos o tenedores colocados en una mesa. BrainPort es un sistema de visión para invidentes no invasivo que se sometió a evaluación por el gobierno americano (U.S. Food and Drug Administration) a finales de agosto, por lo que podrá comercializarse a inicios del año próximo, con un precio estimado de 10 mil dólares americanos. Nos lo cuenta Mandy Kendrick ,”Tasting the Light. Device lets the visually impaired “see” with their tongues,” Scientific American, october 2009, pp. 22-24.
Esperando el autobus en una parada, en una noche lluviosa, la luz de una farola ilumina un charco y puedes observar un fenómeno óptico muy curioso. La luz de la farola se refleja en el charco en forma de punto estrellado y la caída de las gotas de lluvia produce la visión de rayos curvados que parten de dicho reflejo. Un fenómeno muy sencillo y fácil de observar. ¿Por qué se produce? Las gotas de lluvia al caer perturban la superficie del agua del charco y generan ondas concéntricas por las que la luz del reflejo de la farola se propaga cual si fuera luz a través de una fibra óptica. Tanto el modelo matemático para las ondas en la superficie del charco como para la propagación de la luz a su través son muy sencillos y merecen la pena como ilustración en cualquier curso de física que presente la generación y propagación de ondas. Además, el experimento de laboratorio es muy fácil de repetir, con resultados siempre espectaculares. No sólo los borrachos buscan su llave perdida debajo de la luz de una farola, también los físicos buscan los reflejos de luz en los charcos guiados por las ondas concéntricas que producen las gotas al caer. ¡Cosas de físicos!
La mariposas monarca emigran hacia México en otoño desde varios lugares de EE.UU. y Canadá ayudadas por una brújula solar. Este mecanismo de navegación, también empleado por muchos pájaros, usa un reloj circadiano para compensar los cambios en la posición del Sol en el cielo conforme transcurre el día. ¿Dónde se encuentra este mecanismo de navegación? Se pensaba que en el cerebro de las mariposas, pero se acaba de publicar en Science que en realidad se encuentra en sus antenas. Una función desconocida hasta ahora de las antenas de las mariposas y quizás de otros insectos (como las abejas). En español lo podéis leer en María José Puertas, “El GPS de las mariposas,” El Mundo, 24 septiembre 2009 [visto en Menéame], que presenta un resumen muy bien escrito de la noticia.
Los que tengan acceso a Science disfrutarán con Charalambos P. Kyriacou, “Physiology: Unraveling Traveling,” Science 325: 1629-1630, 25 September 2009, y con el artículo técnico de Christine Merlin, Robert J. Gegear, Steven M. Reppert, “Antennal Circadian Clocks Coordinate Sun Compass Orientation in Migratory Monarch Butterflies,” Science 325: 1700-1704, 25 September 2009. Por cierto, parte de la evidencia de la importancia de las antenas la han obtenido estudiando como se orientan en su migración mariposas con las antenas amputadas. Según los autores su desorientación no es debida a una pérdida de estabilidad en el vuelo debido a la amputación, sino a la pérdida del circuito circadiano que contienen. Por supuesto, también lo han verificado bioquímicamente. Los interesados en la bioquímica de la migración de las monarcas también estarán interesados en el artículo Haisun Zhu, Robert J Gegear, Amy Casselman, Sriramana Kanginakudru, Steven M Reppert, “Defining behavioral and molecular differences between summer and migratory monarch butterflies,” BMC Biology 7: 14, 2009 [gratis aquí]. Presentan un análisis de micromatrices de ADN de las mariposas antes y durante la migración, mostrando que hay 40 genes cuya expresión marca la diferencia entre ellas. Ente estos genes, 23 son responsables de la producción de hormonas juveniles que separan las monarcas en condiciones de reproducirse de las que no lo están. Superratón se supervitaminaba y mineralizaba. Las monarcas se superhormonan sexualmente.
Según la BBC el Hubble ha renacido. Lo han reparado y le han sustituido entre otras su cámara de campo ancho, WFC2, por una nueva, WFC3. Las nuevas imágenes (aquí las 10 primeras, visto en Menéame) son tan espectaculares como las anteriores. Pero todos nos preguntamos, ¿son de mejor calidad ahora? Tommaso Dorigo, también se lo pregunta aquí. No hay respuesta técnica oficial, así que Tommaso ha utilizado la vía empírica y ha comparado dos fotos de la misma estrella, una tomada antes de la reparación y otra despúes de ella (las tenéis a la derecha, reescaladas a ojo por la Mula Francis). Se ve que la imagen es de mejor calidad. ¿Mucha mejora calidad? Dejémoslo en mejor calidad solamente. ¿Te parece espectacular la mejora? ¿Se debe a la nueva óptica o a un nuevo procesamiento software de las imágenes? No lo sé. Si algún lector experto en estos temas es lector de este blog sería todo un placer que nos hiciera un breve comentario al respecto.
Para disfrutar de verdad de las fotos de Hubble hay que verlas a la máxima resolución posible (unos 6000 por 7000 píxeles, dependiendo de la imagen, en las nuevas fotos). Lo mejor, acceder directamente a la web oficial.
¡Larga vida al Hubble!
Se espera que esta reparación del telescopio espacial Hubble (HST) le mantenga en funcionamiento óptimo hasta 2014. El telescopio espacial James Webb (JWST), el sucesor del HST, será lanzado en 2013 según ha anunciado la NASA (publicado por BBC News, visto en Menéame, merece la pena ver las fotos que acompañan a esta noticia). Los problemas económicos de la NASA nos permiten predecir que dicho lanzamiento se retrasará por lo menos hasta 2014. Afortunadamente, un lustro pasa rápido.
Factorizar el número 15 parece una trivialidad. Factorizar el número 15 con un ordenador cuántico que implemente el algoritmo de Peter Shor no es fácil, pero se ha logrado con un gran número de tecnologías. En la mayoría de los casos, dichas tecnologías no son fácilmente escalables a la factorización por dicho algoritmo de números más grandes. Alberto Politi et al. han logrado hacerlo utilizando un chip (circuito integrado) con tecnologías fotónicas. En esta implementación, la mayor limitación es que el algoritmo de Shor ha de ser “compilado” (según los autores), yo diría que “expandido” (desarrollando todos su bucles de forma explícita), lo que para números con un mayor número de cubits requiere un coste muy alto. Sin embargo, las tecnologías fotónicas utilizadas parece que ofrecen una nueva vía para la escalabilidad de los ordenadores cuánticos. El artículo técnico es Alberto Politi, Jonathan C. F. Matthews, Jeremy L. O’Brien, “Shor’s Quantum Factoring Algorithm on a Photonic Chip,” Science 325: 1221, 4 September 2009.
Para los que sepáis algo de computación cuántica, la figura que abre esta entrada es autoexplicativa. Para los demás, no entraré en más detalles. Sólo quisiera recordar que a mí se me antoja que las tecnologías de computadores cuánticos basados en redes de guías de ondas (chips fotónicos) tienen un futuro muy alagüeño, sobre todo porque permiten realizar computadores cuánticos a temperatura ambiente, y nos ofrecerán sorpresas importantes en los próximos años. Abajo os dejo la foto del chip fotónico utilizado, para los curiosos.
Las transiciones de fase cuánticas están relacionadas con la superconductividad de alta temperatura pero son muy difíciles de estudiar experimentalmente. Normalmente presentan múltiples fases cuánticas simultáneamente lo que complica mucho la interpretación de las medidas experimentales. Los condensados de Bose-Einstein (BEC) son ideales para estudiarlas pero se requiere una técnica que retenga el condensado durante las medidas. Las redes ópticas son ideales para ello ya que permiten retener los átomos ultrafríos mientras se realizan medidas sobre sus propiedades cuánticas, como han demostrado Nathan Gemelke et al. en Nature en un artículo en el que presentan la observación de la transición cuántica del BEC entre un estado superfluido y una fase de tipo Mott (muy importante en el estudio de superconductores). El artículo técnico es Nathan Gemelke, Xibo Zhang, Chen-Lung Hung, Cheng Chin, “In situ observation of incompressible Mott-insulating domains in ultracold atomic gases,” Nature 460: 995-998, 20 August 2009 [ArXiv preprint].
La observación de la transición de fase cuántica (las transiciones de fase que pueden ocurrir incluso a temperatura cero) entre un estado de superfluido y un estado aislante de Mott se obervó por primera vez en 2002 (publicado en Nature). Desafortunadamente su estudio en detalle es muy difícil porque en la muestra se mezclan múltiples fases cuánticas lo que complica la interpretación de las medidas. Gemelke et al. han logrado resolver ópticamente la estructura espacial del condensado de Bose-Einstein (BEC) durante la transición de fase, lo que permite estudiar en detalle todas sus propiedades, incluyendo la medida directa de la temperatura finita de sistema. Han utilizado un BEC de átomos de cesio que han comprimido verticalmente para que se acople a la red óptica. Los resultados experimentales verifican varios resultados teóricos previos sobre la estructura general de la transición mostrando detalles más allá de la teoría que requerirán avances teóricos futuros.
Parece increíble, pero se ha podido observar la dinámica de la recombinación de un electrón gracias a la interferometría de alto armónico que alcanza una resolución espacial por debajo del Angström y temporal del orden de los attosegundos (10−18 s.). Es como ver una película a cámara lenta que muestra la dinámica (cuántica) de un solo electrón cuando se ioniza una molécula de CO2. Un láser intenso incide sobre la molécula, el electrón salta dejando un hueco y luego retorna a ella (recombinación). Un movimiento ultrarrápido que se ha observado por primera vez. Al filo de lo imposible. Nos lo cuenta Marc Vrakking, “Electronic movies,” Nature 460: 960-961, 20 August 2009, haciéndose eco del artículo técnico Olga Smirnova et al., “High harmonic interferometry of multi-electron dynamics in molecules,” Nature 460: 972-977, 20 August 2009 (la información suplementaria merece la pena leerse).
La nueva técnica permite ver la dinámica de moléculas como si se enfocara una cámara CCD microscópica (en el dispositivo experimental se usa una para grabar la película de las bandas de inteferencia producidas por el interferómetro que permiten observar la dinámica en tiempo real). Los autores han sido capaces de “ver” los orbitales de la molécula que intervienen en el proceso “íntimo” de la recombinación del electrón. En concreto han observado tres orbitales y tres estados del ión. Variando la polarización de los láseres utilizados en el interferómetro varían la contribución de cada orbital en las franjas observadas, por lo que pueden reconstruir experimentalmente la forma de dichos orbitales y su contribución al proceso. El proceso les ha permitido ver cómo afecta el hueco que se crea cuando salta el electrón en los orbitales de la molécula.
La nueva técnica se podría bautizar como microscopio multielectrónico por interferometría de alto armónico. Un gran avance en attofotónica un campo extremadamente activo con un gran número de grupos de investigación por todo el mundo que acabará conduciendo a gran número de avances en nuestra comprensión de muchos fenómenos que ocurren demasiado rápido.
Un segundo son 9.192.631.770 resonancias de un átomo de cesio (definido en 1967). Hoy en día se podría definir de forma aún más precisa. N.D. Lemke et al. han obtenido un reloj óptico basado en átomos de yterbio (de espín 1/2) confinados en una red óptica con una frecuencia de 518.295.836.590.865,2 (0,7) Hz. ¿Cuándo cambiará el segundo estándar y será redefinido en función de los nuevos avances? Nadie lo sabe aún, pero las opiniones que claman por un segundo más preciso (mejor definido) cada día son mayores, más aún cuando desde el propio NIST ya han desarrollado muchas tecnologías que superan al estándar. El artículo técnico es N. D. Lemke et al. “Spin-1/2 Optical Lattice Clock,” Phys. Rev. Lett. 103: 063001, 2009, ArXiv preprint, 5 Jun 2009, y ha sido comentado en varios lugares como Sonja Grondalski, “Atoms in a lattice keep time,” Physics, August 2009.
Los avances en relojes basados en yterbio parecen indicar que la nueva definición estándar del segundo estará basada en dicho elemento en lugar de en cesio, como hasta ahora. Desde 2001, prácticamente cada dos años se proclama un nuevo reloj récord, el más preciso del mundo, y casi todos se basan en yterbio. Así nos lo cuentan por ejemplo en “Ytterbium Gains Ground In Quest For Next-generation Atomic Clocks,” ScienceDaily, Aug. 12, 2009, y en “Experimental Atomic Clock Uses Ytterbium ‘Pancakes’,” NIST Tech Beat, March 6, 2998.
¿Para qué queremos relojes cada vez más precisos? Muchas tecnologías como el GPS (Global Positioning System) o las telecomunicaciones a gran ancho de banda con multiplexado en frecuencia requieren relojes extremadamente precisos. Los relojes basados en tecnología óptica (como el publicado en PRL) son mucho mejores para estas aplicaciones que los relojes atómicos. Por otro lado, estos relojes ultraprecisos pueden tener aplicaciones básicas como el desarrollo de mejores sensores para la gravedad y la exploración de recursos naturales subterráneos mediante sismografía 3D, entre otras.
No sabemos lo que “es” el tiempo, pero creemos que sabemos medirlo. Desde un punto de vista práctico, el tiempo es lo que miden los relojes, los dispositivos experimentales que miden el tiempo. ¿Quién fue primero el huevo o la gallina, perdón, el tiempo o el reloj? En gravedad cuántica esta cuestión es mucho más importante de lo que parece, aunque todavía no tiene respuesta. Por cierto, para las mentes inquietas, en gravedad cuántica la opinión más generalizada es que el tiempo no existe ya que no se sabe cómo construir relojes a la escala de Planck que lo midan. El tiempo emerge de forma efectiva, como lo hace el concepto de temperatura en termodinámica. ¿Quién entenderá el tiempo “oculto” en las ecuaciones de Wheeler-de Witt, la ecuación de Schrödinger para el universo en su conjunto, que no presenta al tiempo de forma explícita? Muchas preguntas, mientras el tiempo pasa, inexorable, sin pausa.
“Tiempo sin tiempo,” Mario Benedetti
Preciso tiempo necesito ese tiempo
que otros dejan abandonado
porque les sobra o ya no saben
que hacer con él
tiempo
en blanco
en rojo
en verde
hasta en castaño oscuro
no me importa el color
cándido tiempo
que yo no puedo abrir
y cerrar
como una puerta
tiempo para mirar un árbol un farol
para andar por el filo del descanso
para pensar qué bien hoy es invierno
para morir un poco
y nacer enseguida
y para darme cuenta
y para darme cuerda
preciso tiempo el necesario para
chapotear unas horas en la vida
y para investigar por qué estoy triste
y acostumbrarme a mi esqueleto antiguo
tiempo para esconderme
en el canto de un gallo
y para reaparecer
en un relincho
y para estar al día
para estar a la noche
tiempo sin recato y sin reloj
vale decir preciso
o sea necesito
digamos me hace falta
tiempo sin tiempo.
La nanofotónica estudia la interacción de la luz con objetos de escala nanométrica (inferior a su longitud de onda). Un nanohilo canaliza la luz propagando gran parte de la misma en forma de un modo evanescente (fuera del nanohilo). Dos nanohilos muy cercanos oscilan cuando por ellos pasa luz debido a la interacción de estos modos evanescentes que genera fuerzas nanomecánicas. Estas fuerzas tienen un origen completamente clásico y se pueden describir mediante las ecuaciones de Maxwell. Se había observado experimentalmente que estas fuerzas son atractivas pero teóricamente también podrían ser repulsivas. Li, Pernice y Tang han demostrado experimentalmente dicha predicción teórica, mostrando que la diferencia de fase entre la luz guiada por cada nanohilo controla si la picofuerza (fuerza de piconewton) entre ellos es atractiva o repulsiva. Un nuevo avance en dos campos nanotecnológicos, la nanofotónica y la nanomecánica, que promete el desarrollo futuro de un gran número de nuevos dispositivos nanomecánicas controlados nanofotónicamente. El artículo técnico es Mo Li, W. H. P. Pernice, H. X. Tang, “Tunable bipolar optical interactions between guided lightwaves,” Nature Photonics 3: 464-468, August 2009 (preprint gratis en ArXiv). Por cierto, la información suplementaria es de obligada lectura para los interesados en la descripción teórica del fenómeno. He de confesar que me he enterado de este interesante artículo gracias a Kanijo “Científicos descubren que la fuerza de la luz tiene una energía de “empuje”,” Ciencia Kanija, 5 agosto 2009, que nos traduce un artículo publicado por los servicios de noticias de la Universidad de Yale, a la que pertenecen los autores. El artículo de Kanijo, como no, ha llegado a portada en Menéame. Mi idea es complementar con algunas imágenes y comentarios dicha noticia.
La figura que abre esta entrada os muestra un dibujo del concepto utilizando en el experimento: dos nanohilos suspendidos sobre un sustrato por los que se propagan sendos haces de luz (figura a). La fuerza observada (del orden de piconewtons, pN) que comba los nanohilos depende de la fase relativa entre dichos haces de luz y de la distancia que separa los nanohilos (figura b y d). Para obtener la figura d, los autores han cambiado la longitud de onda de la luz que se propaga por los nanohilos entre 1529 nm. y 1562 nm. (en 330 pasos) lo que es equivalente a variar la distancia de los nanohilos entre unos 50 nm. y unos 500 nm. (ver figura d). Por supuesto, esto es mucho más fácil que fabricar 330 nanopuentes separados múltiples distancias. Es importante destacar que la luz que se propaga por los nanohilos es de una longitud de onda de 1550 nm. (nanómetros) mucho mayor que la separación “efectiva” entre los nanohilos (entre 100 y 500 nm.) de ahí que se produzca una interacción entre los campos electromagnéticos guiados por cada nanohilo.
La clave de esta demostración experimental de un fenómeno previamente predicho teóricamente ha sido la posibilidad de controlar la fase de la luz a través de las nanoguías mediante el uso de acopladores de cristal fotónico (los agujeritos que se ven en la foto b, abajo, en los puentes transversales a las dos nanoguías).
(a) imagen en el microscopio óptico del dispositivo utilizado y (b) imagen con microscopio electrónico de las dos nanoguías ópticas suspendidas y del acoplador de cristal fotónico.
El efecto del desfase entre los haces de luz en cada nanohilo lo podéis observar en la figura de abajo, obtenida mediante simulaciones numéricas. Cuando hay desfase, la onda de luz en cada nanohilo oscila de forma ligeramente diferente (colores rojo, verde y azul) apareciendo una fuerza efectiva entre cada trozo del nanohilo (la figura de abajo, superior, ilustra los posibles casos que se pueden dar), siendo la fuerza total entre ambos nanohilos la suma de todas estas fuerzas. Dependiendo del desfase la fuerza total es repulsiva o atractiva (la figura de abajo, inferior, muestra el campo electromagnético para 4 desfases diferentes).
Debe estar sacado fuera de contexto, pero las palabras en Nature, hoy, de René Rutten, jefe de operaciones astronómicas del Gran Telescopio de Canarias (GTC) pueden doler a muchos. Como Francisco Sánchez, director del Instituto Astrofísico de Canarias (IAC) proyectó el GTC en 1998 para que estuviera listo en 2003 y se ha inaugurado en 2009, afirma René que “cuando un reparador de bicicletas anuncia que va a construir un Porsche, lo natural es que no te lo creas” (“When a bicycle repair man announces he’s going to build a Porsche, you’re naturally unconvinced”). ¿Por qué? Porque la experiencia española en la construcción de telescopios no iba más allá de construir uno con un espejo de 80 cm. En su descargo, René también afirma que “sin embargo, ahora creo que superará en calidad a los telescopios Keck, gracias a una mejor estabilidad y una mejor óptica” (“However, I now believe it will surpass the quality of the Keck telescopes, thanks to better stability and better optics”). La fuente es Govert Schilling, “Spain unveils its eye on the sky. World’s largest optical telescope inaugurated,” Nature, 460: 674, Published online 3 August 2009.
No sé a vosotros, a mí me duelen este tipo de comentarios por parte de investigadores extranjeros contratados por instituciones españolas para ocupar altos cargos y que tendrán buenos sueldos.
Más aún cuando el propio Sánchez acaba con una puntilla “mi mayor preocupación es lo rápido que podremos dotar (al GTC) de la mejor instrumentación posible” (“My main worry is to quickly provide the best possible instrumentation”). La friolera de 105 millones de euros, un 90% contribución española, y le preocupa al “jefe” si tendrá los mejores instrumentos posibles.
¡Pero qué le pasa a estos señores!
Acaba el artículo de Schilling sugiriendo que la mayor preocupación de Sánchez es que el Telescopio Europeo Extremadamente Grande (European Extremely Large Telescope, E-ELT), de 42 metros, acabe siendo construido en el Observatorio Roque de los Muchachos (“It’s only natural to host the E-ELT here”).
No sé qué pensar, o los británicos de Nature nos quieren poco, o nosotros mismos nos queremos poco.
Generar números aleatorios es imposible. Los números aleatorios son necesarios en máquinas tragaperras de casinos, sistemas de criptografía, simulaciones de Montecarlo, etc. Estas aplicaciones tienen que conformarse con generadores de números pseudoaleatorios. Las aplicaciones que requieren números pseudoaletorios de gran calidad, que sean extremadamente aleatorios, se beneficiarán del descubrimiento de Igor Reidler et al. de la Universidad de Bar-Ilan, Israel. Las fluctuaciones en la intensidad de la luz en un láser caótico, gracias a un sistema de retroalimentado, cuya salida es prácticamente impredecible, permiten fabricar un generador de números pseudoaleatorios extremadamente rápido y de gran calidad. Nos lo cuenta Sonja Grondalski, “The fast and the random,” Physics, July 13, 2009, y el artículo técnico es I. Reidler, Y. Aviad, M. Rosenbluh, and I. Kanter, “Ultrahigh-Speed Random Number Generation Based on a Chaotic Semiconductor Laser,” Phys. Rev. Lett. 103: 024102, July 10, 2009.
En la figura, se muestra el esquemad el generador hardware de números aleatorios. LD es el diodo láser, BS es un divisor de haz (beam splitter), ND es un filtro de densidad neutra, M es un espejo y PD es un fotodetector de alta velocidad. La señal generada por el láser es continua obteniéndose un resultado numérico mediante muestreo gracias a un conversor analógico/digital.
El sistema es muy simple y requiere básicamente un simple diodo láser acoplado a un circuito electrónico muy simple que funciona a 2.5 GHz. El diodo láser oscila a puede generar números aleatorios de 8 bits con un ancho de banda de 12.5 Gbits/s. El sistema ha pasado todos los tests de aleatoridad que se le han aplicado con sorprendentes resultados. Una fuente fiable y extremadamente rápida de números aleatorios para muchas aplicaciones prácticas.
El libro de 
James Clerk Maxwell y Heinrich Hertz demostraron teórica y experimentalmente que la luz es una onda electromagnética. En las longitudes de onda ópticas los experimentos han logrado medir solamente la componente eléctrica del campo ya que la componente magnética es muchísimo más débil. Burresi et al. han logrado la primera medida directa de las componentes magnéticas de la luz a la salida de una fibra óptica de vidrio gracias a una sonda metálica nanoestructurada, una especie de microscopio por efecto túnel óptico. La microscopía óptica por campo cercano (SNOM o scanning near-field optical microscopy) permite observar la luz a una distancia menor que una longitud de onda (de dicha luz), es decir, su resolución no está limitada por la difracción de Abbe. Para la luz infrarroja en una fibra óptica, este límite difractivo impide observar la luz en distancias menores de 500 nm. (nanómetros). Gracias a la nueva técnica se han podido observar las características ópticas en la nanoescala de los campos magnéticos en pulsos de luz. Nos lo cuentan Harald Giessen, Ralf Vogelgesang, “
Los cristales fotónicos son materiales microestructurados en los que la luz se comporta como los electrones en un semiconductor, produciendo una estructura de bandas que incluye bandas prohibidas o bandgaps. Los cristales fotónicos permiten detectar, generar y controlar vibraciones mecánicas (fonones) con lo que podemos hablar de cristales fonónicos. La estructura mostrada en la figura (a, arriba) consiste en una serie de pequeños escalones de una escalera, nanovigas de silicio, o lo que es lo mismo, una microviga con una serie de nanoagujeros de forma rectangular. La nanoviga optomecánica experimental ha sido fabricada con silicio aparece en la figura de la izquierda y tiene una anchura de 200 nm (nanómetros). El patrón de agujeros ha sido fabricado utilizando litografía con haces de electrones. Un análisis de elementos finitos de esta estructura permite determinar sus modos ópticos (figura b, arriba), como cristal fotónico, y sus modos mecánicos de vibración (figura c, arriba), como cristal fonónico. Ambos tipos de ondas, ópticas y mecánicas, se acoplan fuertemente en esta estructura, como han demostrado Eichenfield et al. tanto numérica como experimentalmente. En su estructura han acoplado fotones de 200 THz (terahercios) con fonones de 2 GHz (gigahercios). Este tipo de dispositivos abre gran número de posibilidades para el análisis de sistemas electromecánicos utilizando tecnologías ópticas fotónicas. El artículo técnico es Matt Eichenfield, Jasper Chan, Ryan M. Camacho, Kerry J. Vahala, Oskar Painter, “
El fundamento físico de la propagación de señales es fibra óptica es la reflexión total interna. Un lápiz sumergido parcialmente en un vaso de agua parece doblado. Visto al revés, desde el agua hacia el aire, el lápiz se dobla más en el aire que dentro del agua, de tal forma que hay un ángulo crítico respecto de la vertical para la cual un haz de luz en el agua no se transmite al aire (tendría que doblarse con un ángulo mayor de 90º). Este es el fenómeno de la reflexión total interna, que ilustra la figura de la izquierda. Toda la luz se refleja, aunque hay ciertas pérdidas. Este fenómeno permite que una señal de un láser se propague a lo largo de una fibra óptica si ésta está formada por un núcleo (core) con un índice de refracción mayor que el material que lo recubre (recubrimiento o cladding).
En cuanto a la otra mitad del premio, los dispositivos CCD basados en tecnología MOS, Willard Sterling Boyle y George Elwood Smith enviaron el 16 de febrero de 1970 la solicitud de patente US Patent 3858232 “
Según la BBC el Hubble ha renacido. Lo han reparado y le han sustituido entre otras su cámara de campo ancho, WFC2, por una nueva, WFC3. Las nuevas imágenes (
Un segundo son 9.192.631.770 resonancias de un átomo de cesio (definido en 1967). Hoy en día se podría definir de forma aún más precisa. N.D. Lemke et al. han obtenido un reloj óptico basado en átomos de yterbio (de espín 1/2) confinados en una red óptica con una frecuencia de 518.295.836.590.865,2 (0,7) Hz. ¿Cuándo cambiará el segundo estándar y será redefinido en función de los nuevos avances? Nadie lo sabe aún, pero las opiniones que claman por un segundo más preciso (mejor definido) cada día son mayores, más aún cuando desde el propio NIST ya han desarrollado muchas tecnologías que superan al estándar. El artículo técnico es N. D. Lemke et al. “
Debe estar sacado fuera de contexto, pero las palabras en Nature, hoy, de René Rutten, jefe de operaciones astronómicas del Gran Telescopio de Canarias (GTC) pueden doler a muchos. Como Francisco Sánchez, director del Instituto Astrofísico de Canarias (IAC) proyectó el GTC en 1998 para que estuviera listo en 2003 y se ha inaugurado en 2009, afirma René que “
