¿Ultra… qué?

El mundo a nuestro alrededor está en constante evolución. Desde las grandes galaxias hasta las partículas subatómicas, pasando por animales y personas, todas las cosas se mueven. Son precisamente esos movimientos, esos cambios, y las leyes que los gobiernan, los que atraen la curiosidad de los físicos, y los que forman el objeto de nuestro trabajo.

Si bien el movimiento de un coche, el de una pelota, o el de las olas en la playa, nos resulta evidente y fácil de observar, hay cambios que por su lentitud son imperceptibles a simple vista y solamente se ponen en evidencia cuando comparamos dos fotos tomadas con un largo intervalo de tiempo, por ejemplo el crecimiento de un árbol. Otros sistemas, como las estrellas, son tan lentos a escala humana que es imposible apreciar ningún cambios en su evolución en el espacio de una vida. En esos casos los científicos observamos muchos objetos en diferentes etapas de su evolución y a partir ahí componemos una historia, como si cada observación se tratara de una instantánea de la vida de un único espécimen.

Estrellas

Sun
A partir de la observación de múltiples estrellas, los científicos componemos la historia de su evolución.
Como si cada estrella fuera una instantánea diferente de la vida de un único objeto. 

A partir de la observación de múltiples estrellas, los científicos componemos la historia de su evolución. Como si cada estrella fuera una instantánea diferente de la vida de un único objeto.

En el otro extremo encontramos procesos tan rápidos que son inapreciables al ojo humano, como la explosión de un globo, o el aleteo de una mosca. En el primer caso vemos el antes y el después, el globo hinchado y el globo roto, sin una aparente transición; en el segundo, al ser un movimiento repetitivo, lo que vemos es un borrón.

aletero

El aleteo de una mosca es tan rápido que a simple vista solo vemos un borrón.

Si observamos estos movimientos con una de esas cámaras que toman miles de fotogramas por segundo, descubrimos un mundo nuevo y fascinante (*). Con las cámaras ultra-rápidas podemos “congelar” el tiempo y acceder a una inmensa variedad de fenómenos que de otro modo escaparían a nuestros ojos, del mismo modo que un microscopio nos descubre la riqueza inagotable del mundo celular.  

manzanas

Secuencia de fotogramas de una bala atravesando una manzana,
tomada con una cámara de alta velocidad (mil fotogramas por segundo),
cada instantánea dura unos 100 microsegundos.

Los físicos nos enfrentamos a una gran variedad de fenómenos que evolucionan en escalas de tiempo muy diferentes, y cada una de estas escalas requiere de su propio método de medición, su propio “cronómetro”. Los fenómenos que investigamos los físicos atómicos y moleculares, como las transformaciones de las moléculas que ocurren durante las reacciones químicas (que son el sustento de la vida y que dan lugar a todos los materiales sintéticos que nos rodean) y el movimiento de los electrones (que guían estas transformaciones moleculares y que son la base de la electrónica), ocurren en unas escalas de tiempo tan cortas (millonésimas de billonésimas de segundo) que hasta hace muy poco ha sido absolutamente imposible medirlos directamente. Para hacernos una idea, la unidad de tiempo característica del movimiento de los electrones en un átomo es el attosegundo que, en proporción a un segundo, es lo mismo que un segundo en proporción a la edad del Universo (unos quince mil millones de años).

Resulta fácil entender por qué el reciente desarrollo de los láseres de pulsos ultracortos, que han permitido por primera vez medir y controlar la naturaleza a estas escalas de tiempo, ha generado una auténtica revolución en la Ciencia. Una revolución que acaba de empezar y cuyas consecuencias para el progreso científico de la Humanidad son todavía imposibles de prever.

Sin embargo, aún no hemos tocado fondo en la pugna por dominar tiempos cada vez más cortos. Los fenómenos que estudian los físicos nucleares y de partículas son todavía más rápidos que los procesos moleculares, y ya se empieza a hablar de zeptosegundos (milésimas de attosegundo). Hoy por hoy es técnicamente imposible controlar estos tiempos, pero la curiosidad de los científicos no tiene límites, y el desarrollo de los láseres parece que tampoco.

(*) Aquí puedes ver algunos vídeos grabados a un ritmo de entre 500 y 40000 fotogramas por segundo y reproducidos a cámara lenta: http://dsc.discovery.com/videos/time-warp-best-of-super-slow-motion/

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