Rayos, láser y centellas

Las primeras aventuras espaciales que inundaban todas las revistas “pulp” en las primeras décadas del siglo pasado trataban de héroes fantásticos que viajaban por mundos lejanos y exóticos librando batallas contra malvados y todo tipo de criaturas extraterrestres. El denominador común de las armas utilizadas era casi siempre la ya mítica “pistola de rayos”, la “pistola de energía” y los “desintegradores”, unos dispositivos cuasi todopoderosos y capaces de aturdir, matar o vaporizar su objetivo, dependiendo de lo dadivoso que se mostrase el héroe de turno. Así, personajes como Buck Rogers o Flash Gordon poseían armas de este tipo, probablemente inspiradas por el terrible “rayo calórico” del que habían hecho gala los marcianos invasores de “La guerra de los mundos” en 1898. Unos años después, durante la década de los 60, los protagonistas de Star Trek maravillaron al mundo con su “fáser” y, a finales de los 70, Han Solo y Luke Skywalker, entre otros, nos deslumbraron con su “bláster”, para delirio de los fans de Star Wars.

¿Qué tienen en común todos estos artilugios, surgidos de la mente calenturienta del hombre y creados para la destrucción? Pues que todos ellos son, en todos los casos, armas muy manejables, siempre accionadas desde las manos de sus poseedores y parecen emitir luz. ¿Qué son? ¿Cómo funcionan? ¿Tienen alguna base científica? Éstas y otras preguntas encontrarán respuestas adecuadas en un momento. Ahora, un poco de publicidad…























Ya estoy aquí de nuevo. Antes del corte publicitario, estaba diciendo que las pistolas de rayos eran fuentes de emisión de luz creadas como armas de mano. Este hecho me recuerda que, en nuestro aburrido mundo real, poseemos un artefacto que también es capaz de hacer algo similar, aunque no del todo. Se trata del láser, un término que alude a las iniciales de la palabra inglesa laser y que significa “light amplification by stimulated emission of radiation”. El principio teórico del funcionamiento del láser se debe al trabajo de Charles Townes en la universidad de Columbia, donde construyó, en los años 50 del siglo pasado, el máser, un dispositivo que emitía un haz de microondas en lugar de luz. A finales de esa misma década, en colaboración con Arthur Schawlow, establecieron los fundamentos para hacer realidad el primer láser, pero en 1960 se les adelantó Theodore Maiman (fallecido el pasado 5 de mayo), de los Laboratorios Hughes en California. La historia de la invención del primer láser es muy curiosa, pues Maiman envió sus resultados a la prestigiosa (¿?) revista Physical Review Letters, pero sus editores rechazaron el trabajo, algo que figurará ya para siempre en los anales de las mayores y más apestosas cagadas de su historia. Con un humor que podréis imaginar, el amigo Maiman decidió hacer público su descubrimiento de una manera nada ortodoxa en el mundo de la Ciencia y lo comunicó directamente a la prensa de Nueva York el 7 de julio (Olé, toro…) de 1960. Hoy en día le debemos cosas como poder soldar retinas oculares desprendidas, destruir tumores, depilación entrepiernil (masculina y femenina), reparación de vasos sanguíneos rotos, eliminación de tatuajes en sitios indiscretos o marcas de nacimiento tipo 666, como la que poseía Damien en “La Profecía”, estimulación de crecimiento de semillas, lectura de CD, DVD o códigos de barras de películas porno al salir, embozados en una cálida gabardina, de un videoclub, elevar objetos por levitación, dirigir misiles, realizar agujeros en diamantes, comunicaciones con ayuda de fibras ópticas y tantas y tantas otras que hacen la vida humana tan placentera y digna de ser disfrutada.

El funcionamiento de un láser se puede describir de una forma bastante simple. Consta de un medio activo, que puede ser un sólido, un líquido o un gas. Los átomos de este medio pueden ser excitados (esto se denomina bombeo) mediante una descarga eléctrica, una pequeña explosión nuclear, una reacción química, etc. De esta manera, se provoca que los electrones de los átomos del medio activo salten hacia los niveles energéticos superiores y decaigan de nuevo, emitiendo fotones según un proceso denominado emisión estimulada. Debido a que, en condiciones normales, la gran mayoría de los electrones se encuentran en el estado fundamental (el de más baja energía) se lleva a cabo lo que se denomina una “inversión de población”, consistente en poblar con más electrones los niveles energéticos superiores para así facilitar la emisión de fotones. Cuando esto se hace de forma correcta, se puede observar a la salida del dispositivo una luz brillante coherente (las crestas y los valles de las ondas que representan los fotones están perfectamente alineadas unas con otras), monocromática (de un solo color) y muy direccional (el rayo apenas se dispersa, se desvía de su trayectoria original) que la diferencia apreciablemente de la luz originada, por ejemplo, por una linterna que produce luz incoherente, policromática (de muchas longitudes de onda diferentes) y poco direccional (el haz se va abriendo a medida que se aleja de la linterna). Si os habéis fijado alguna vez en este fenómeno, habréis podido apreciar que el haz luminoso de una linterna se ensancha varios centímetros, incluso a distancias de unos pocos metros. Con un rayo láser esto no ocurre. De hecho, existe uno apuntando continuamente hacia la Luna y su haz no se ensancha más de 3 km a lo largo de su viaje de más de 380.000 km. Resulta, pues, muy sencillo instalar un espejo en la superficie de nuestro satélite (como hicieron en 1969 Amstrong y Collins) y hacer que el rayo se refleje en él. Midiendo el tiempo empleado entre la salida y la llegada se determina con gran precisión la distancia entre la Tierra y la Luna.

Dependiendo de la naturaleza física del medio activo, el color de la luz láser generada puede ser elegido casi a voluntad, existiendo igualmente en la zona infrarroja, ultravioleta, entre otras, del espectro electromagnético. Sin embargo, no todos los láseres resultan igualmente sencillos de construir y llevar a la práctica. Un inconveniente decisivo a la hora de hacerlos operativos consiste en que, a medida que disminuye la longitud de onda elegida, el proceso de emisión estimulada (absolutamente imprescindible para que tenga lugar el efecto láser) se ve desfavorecido frente a la absorción, resultando dominante éste último, es decir, los electrones atómicos “prefieren” absorber fotones antes que emitirlos. La consecuencia inmediata es que si se quiere construir, pongamos por caso, una terrible arma mortífera como un láser de rayos X o, peor aún, uno de rayos gamma (conocido como gráser), los problemas crecen enormemente y se requieren descomunales cantidades de energía para ponerlos en marcha. ¿Cómo se las han ingeniado, entonces, el capitán James T. Kirk, Han Solo, Luke Skywalker, Buck Rogers o Flash Gordon para poder accionar con un solo dedo armas de un poder destructor semejante? Más aún, ¿cómo es posible un artilugio tan impresionante como el sable de luz utilizado por los caballeros Jedi?

Esperad, esperad al próximo post y veréis…