29/12/10

otra de fotones (2)

el otro día contaba la historia sobre el condensado de bose-einstein de fotones, y largaba sin ningun reparo términos tales como "laser" o "luz extremadamente coherente", que son corrientes en mi dia a dia pero no tanto en el de las personas humanas.

así que aprovecho y recapitulamos.

en 1905 einstein formuló una explicación del efecto fotoeléctrico, una corriente eléctrica producida por la incidencia de cierta luz. el quid de la cuestión era el concepto de fotón, como partícula constitutiva de la luz, que le valio a einstein su premio nobel. pero, como era un hombre inquieto, continuó dandole vueltas a la idea y en 1917 formuló una teoría mejorada del calor, en el que describía las interacciones entre esos fotones y los átomos que constituyen la materia.

en primer término proponía que a) la materia emitía luz (como hace una bombilla) por el simple mecanismo de un átomo con un nivel alto de energía pasaba a un nivel menor, resultando en un foton con esa diferencia de energias. además consideraba que b) un átomo con un nivel bajo de energía podía absorber luz y pasar a un nivel mayor, su energia mas la del foton. algo bastante asumible y nada extravagante, ¿no? pues bien, la genialidad de einstein fue postular que c) los fotones preferían viajar juntos en el mismo estado; y que la luz emitida podía provocar la emisión de más luz. o dicho de otro modo, un foton producido como en a) podria tropezar con un atomo en un nivel alto de energia y hacerle emitir un nuevo foton totalmente identico al anterior. un concepto inspirado en principios fundamentales de la física pero que nunca se había observado en ningun fenómeno de la naturaleza, algo que a einstein se le daba pero que muy bien predecir.

estos mecanismos de interacción se denominaron:

a) emisión espontanea

b) absorción

c) emisión estimulada

normalmente ocurre el primer tipo de interacción, como en el caso de las bombillas. el hecho de que los fotones que se emiten no esten en el mismo estado implica ahi que la luz es blanca, mezcla de muchos colores, y que estos viajan en todas direcciones, dispersando su energia.

ahora bien, imaginemos que un fotón adecuado pilla por banda un átomo en el estado alto de energía correcto y consigue estimular la emisión de otro fotón en el mismo estado. entonces los dos fotones resultantes también podrían producir emisión estimulada del mismo modo, resultando en cuatro fotones en el mismo estado. y a su vez esos cuatro fotones podrían producir ocho, en una suerte de reacción en cadena que crece de manera exponencial (siempre que se encuentren en su camino átomos con la energía necesaria.) como resultado se obtiene una luz muy pura, donde todos los fotones estan en el mismo estado, esto es, tienen el mismo color y apuntan en la misma dirección.

y en esto consiste básicamente un láser, una fuente de luz monocromática y direccional (y más pijadas por el estilo) producida por el fenómeno de emisión estimulada con ese tipo de reacción en cadena (tambien llamada amplificacion.)

obviamente pasar de la idea original de einstein a un laser que produjera luz visible no fue para nada trivial.

seguirá...

21/12/10

in memoriam (2)

Hoy se cumplen 14 años sin Carl Sagan. Si me sobra un hueco me paso por la FNAC y compro otro de sus libros.