Existe un efecto óptico muy difícil de detectar pero que, si tenéis suerte de atisbarlo, os permitirá asistir a un despliegue de efectos especiales dignos de la ILM. Es el llamado espectro de Brocken, un efecto que deja en ridículo incluso al arco iris.

El fenómeno sucede cuando el sol brilla detrás de un alpinista, proyectando sus rayos sobre una cresta llena de neblina.

El efecto, además de producir una gigantesca sombra del alpinista, consigue que la luz solar se difracte a través de las gotitas de agua contenidas en la niebla, lo que hace que la gigantesca figura proyectada se vea rodeada de halos de luz de múltiples colores.

Es, por ejemplo, el efecto que se produjo con el físico escocés Charles Wilson cuando estaba subiendo la montaña de Ben Nevis, y que le inspiró para crear un aparato para detectar la radiación ionizante llamado “cámara de niebla”.

El sentido común nos dice que si tapamos un agujero, evitaríamos que saliese luz de él, pero un grupo de ingenieros de la Universidad de Princeton han descubierto que lo opuesto es cierto. Colocando una chapa de metal sobre un pequeño agujero en una película metálica, no sólo no se evita que la luz atraviese el agujero sino que se mejora su transmisión.

En un ejemplo de los extraordinarios giros que ofrece la física a escala diminuta, el ingeniero eléctrico Stephen Chou y su grupo de investigación, realizaron una serie de pequeños agujeros en una fina película de metal, bloqueando cada una de estas honduras con una tapa metálica opaca. Cuando iluminaron estos agujeros, se descubrió que la luz era un 70 por ciento más brillante que cuando los agujeros no estaban tapados.

“La sabiduría común en el campo de la óptica nos dice que si tenemos una película de metal con agujeros muy pequeños y los tapamos con metal, la transmisión de luz quedará bloqueada por completo”, dijo Chou. “Nos quedamos muy sorprendidos”.

Chou añadió que este resultado podría tener implicaciones significativas y diferentes usos. Por un lado, implicaría que los científicos e ingenieros le dieran una nueva pensada a las técnicas que se han utilizado hasta la fecha, para bloquear las transmisiones de luz. Por ejemplo, en los instrumentos ópticos de alta sensibilidad, como microscopios, telescopios, espectrómeros y otros detectores ópticos, es común cubrir el vidrio con una capa de metal con la intención de bloquear la luz. Las partículas de polvo, que son inevitables en la deposición de la película metálica, crean diminutos agujeros en la película de metal, que hasta ahora se creían inofenvisvos. Sin embargo, tal y como afirma Chou: “Esta suposición es incorrecta, el tapón no puede detener la fuga de luz, sino más bien incrementarla”.

El grupo de investigadores han publicado sus resultados en el ejemplar de octubre de Optics Express.

Vía | Princeton University

En un esfuerzo para construir chips más rápidos cada día, muchos investigadores están trabajando en la posibilidad de construir ordenadores ópticos. En estos ordenadores, la información está codificada en forma de fotones en lugar de electrones, permitiendo que grandes cantidades de datos se procesen simultáneamente.

Pero antes de que podamos pensar en un ordenador óptico, hace falta diseñar una estructura que pueda manipular la luz a nuestro antojo. Actualmente, los ordenadores funcionan a partir de semiconductores que permiten que la electricidad los atraviese o no. De esa forma somos capaces de diseñar puertas lógicas (AND, OR, XOR, etc.) Por analogía, los computadores ópticos deberían emplear semiconductores ópticos que permitan que una amplica gama de longitudes de onda los atraviese o no a voluntad.

La fabricación de estructuras 3D que permitan controlar la luz, no es una tarea sencilla, ya que la tecnología actual implica la construcción de estas estructuras capa por capa sobre el propio chip. Esta técnica resultaría muy lenta y costosa para la fabricación de chips ópticos 3D.

Sin embargo, un equipo de investigadores de los Países Bajos, dirigido por el profesor Willem Vos del MESA+ Institute en la Universidad de Twente (Eindhoven), la empresa ASML y el Instituto TNO, han desarrollado la primera estructura 3D capaz de controlar la emisión de luz. Este elemento está formado por cristales fotónoicos que poseen una estructura artificial de diamante que está grabado en una oblea de silicio usando métodos compatibles con CMOS (uso de transistores pMOS y nMOS para la construcción de transistores).

“Para poder conseguir una banda fotónica prohibida, es fundamental contar con estructuras 3D a nuestro antojo. Nuestro trabajo es la demostración, por primera vez, del control radical de la emisión espontánea de luz por medio de una banda prohibida fotónica”, afirman Willem Tjerkstra y Léon Woldering, de la Universidad de Twente.

Los investigadores describieron cómo fabricar estas estructuras 3D en dos recientes estudios. A partir de obleas de silicio cristalino, los investigadores grabaron, en primer lugar, un conjunto de poros en un patrón rectangular en la parte superior de las obleas. Para ello, utilizaron técnicas avanzadas de litografía UV, en el que una cámara gigante emplea luz ultraviolea para proyectar la estructura de poros sobre la superficio de silicio. Esta luz crea una máscara con millones de diminutos poros. A continuación, emplearon un proceso de grabado de plasma que se utiliza comúnmente en la fabricación de chips para crear una serie de nanoporos sobre la oblea de silicio.

Tras esto, el grupo de científicos grabaron un conjunto de poros en la misma forma rectangular en la parte delgada de la oblea, por lo que este conjunto de poro atraviesa al conjunto inicial en un ángulo de 90º. El patrón de la máscara debe estar alineado con la mayor precisión posible, con el fin de que los poros queden perpendicularmente alineados con el primer conjunto.

Tal y como explicaron los investigadores, este proceso de fabricación resulta en dos avances significativos: se compone únicamente de dos pasos de grabado y no requiere un equipo especializado. Estos resultados se han publicado en Journal of Vacuum Science and Technology y en Advanced Functional Materials.

Vía | R.W. Tjerkstra, L.A. Woldering, J.M. van den Broek, F. Roozeboom, I.D. Setija, and W.L. Vos. “A method to pattern etch masks in two inclined planes for three-dimensional nano- and microfabrication.” Journal of Vacuum Science and Technology B. (soon online)

Vía | J. M. van den Broek, L. A. Woldering, R. W. Tjerkstra, F. B. Segerink, I. D. Setija, and W. L. Vos. “Inverse-Woodpile Photonic Band Gap Crystals with a Cubic Diamond-like Structure Made from Single-Crystalline Silicon.” Adv. Funct. Mater. 2011. DOI:10.1002/adfm.201101101

Si sois aficionados al fútbol seguro que habréis visto la típica jugada en que un defensa despeja in extremis un balón que entraba a la portería. Acto seguido, como suele pasar en este mundillo, explota la polémica: unos creen que la sacó a tiempo, otros que se debería señalar gol.

Y las repeticiones de televisión no ayudan, nadie se pone de acuerdo. Los hinchas del equipo defensor se apoyan en la imagen tomada por una cámara situada tras la portería, donde parece bastante claro que la pelota estaba fuera en el momento de ser despejada. Mientras que los seguidores del equipo atacante hacen notan exactamente lo contrario en la imagen de una cámara situada en la grada lateral del estadio, por delante de la portería.

Esto, que los locutores acostumbran a denominar «gol fantasma» se debe a un fenómeno conocido como paralaje. Y aunque se suela decir que es un efecto óptico, en realidad tiene más que ver con la forma en que funciona el cerebro humano que con la óptica.

No es necesario recurrir a una situación tan complicada como la descrita. Puedes experimentarlo siempre que quieras de forma muy sencilla. De hecho, es probable que lo hayas hecho más de una vez. Sino, podéis hacerlo ahora mismo:

1. Cierra un ojo, o tápalo con una mano si no tienes la habilidad de cerrar cada ojo individualmente a voluntad.

2. Extiende un pulgar (si usaste una mano para tapar el ojo, conviene usar el pulgar de la otra mano), y alinealo con un objeto situado a cierta distancia de ti; dos o tres metros servirá.

3. Ahora cambia el ojo que tienes cerrado o tapado. Resultado: aunque no has movido la mano, el pulgar ya no está alineado con el mismo objeto, es como si se hubiera movido solo.

Esto ni es magia ni un gran misterio, es un simple efecto de la perspectiva al cambiar el punto de vista. A falta de mayor información visual sobre la distancia, si dos objetos parecen estar cerca uno de otro, nuestro cerebro asume que realmente están cerca.

Por eso, cuando en el segundo paso alineamos el pulgar con el objeto de referencia, desde el punto de vista del ojo abierto pulgar y objeto parecen estar cerca, porque ambos se ven aproximadamente en la misma dirección.

Sin embargo, al cambiar el ojo que tenemos abierto, cambia el punto de vista y ahora pulgar y objeto se ven en ángulos diferentes, por lo que nuestro cerebro asume que están lejos, dando la sensación que el pulgar se ha movido.

Volviendo al gol fantasma, si analizamos una imagen tomada desde delante de la portería, lo que vemos al rededor del balón es el interior de la portería. Por lo tanto, cerebro interpretará que dicho interior de la portería y el esférico están cerca uno de otro, dando la impresión de que es gol.

Y, viceversa, si la cámara está situada detrás de los palos, el entorno visual del balón será el exterior de la portería, dando la impresión que la pelota nunca llegó a traspasar la raya.

Por supuesto, todos sabemos que este efecto existe e intentamos compensarlo. Pero es muy difícil compensarlo sin la ayuda de más referencias. Por eso, en este tipo de jugadas siempre se escucha a los comentaristas intentando buscar puntos de comparación: que si la posición del cuerpo del defensa, que si estaba pisando dentro de la portería, etc.

El paralaje, de hecho, es un fenómeno de lo más cotidiano, todos aprendemos a dominarlo en cierta medida. Por ejemplo, si algo se interpone entre nosotros y lo que deseamos ver, sabemos movernos a un lado para mejorar el campo de visión.

Otro ejemplo, los velocímetros de los coches. Al copiloto, situado muy a la derecha de la aguja indicadora, siempre le parecerá que marca una velocidad inferior a la que realmente indica. De hecho, cuando a uno le enseñan a utilizar instrumentos de medición en laboratorio, lo primero que le explican es que siempre se realicen las mediciones mirando de forma perpendicular a la aguja.

Por supuesto, la técnica actual es capaz de analizar las imágenes y compensar el efecto de la perspectiva, proporcionando una respuesta definitiva a la pregunta de si la pelota había superado la raya o no. Cada vez lo vemos más en las retransmisiones televisivas (por ejemplo, el ojo de halcón del tenis se basa en el análisis de imágenes procedentes de cámaras).

Aunque a veces en el fútbol importa más crear polémica que saber la verdad.

Fotos | Pascual M, Booyabazooka

Hoy, 25 de agosto, se cumplen exactamente cuatro siglos de la presentación del telescopio de Galileo, el primer telescopio astronómico funcional documentado. Desde que el propio Galileo descubriera con él las lunas de Júpiter hasta las más modernas imágenes del telescopio espacial Hubble, la invención de este artilugio fue el hito que lanzó la Astronomía.

En realidad Galileo no fue el inventor del telescopio. La primera solicitud de patente es de 1608, realizada por Hans Lippershey, aunque recientes investigaciones sugieren que el inventor del telescopio fue español, en concreto el gerundense Juan Roget, en 1590.

Sin embargo el de Galileo (diseñado por él desde cero) es el primer modelo conocido con el que realmente se podían realizar observaciones astronómicas. No era un mero catalejo. De hecho Galileo no sólo observó las cuatro grandes lunas de Júpiter, sino también las fases de Venus o los anillos de Saturno.

El telescopio de Galileo era un modelo refractor, en el cual, se usa un sistema de lentes para refractar los rayos luminosos y hacerlos converger en un plano focal. Usaba una lente convexa en el objetivo y otra cóncava en el visor. Debido a las limitaciones técnicas de fabricación, no se superaban los 30 aumentos y además se obtenían imágenes borrosas, pero aun así el genio italiano obtuvo excelentes resultados.

Un par de años más tarde, Kepler, otro genial astrónomo, modificó el diseño de Galileo cambiando el objetivo por una lente cóncava. Esto aumentaba considerablemente el campo de visión, pero la imagen obtenida estaba invertida.

Hoy por hoy, el sistema refractor sólo se usa en telescopios aficionados, debido a la imposibilidad de realizar lentes útiles lo suficientemente grandes y sobre todo a la aberración cromática (ocasionada porque no todas las longitudes de onda que componen la luz siguen la misma trayectoria de refracción). Para solventar estos problemas, el gran Isaac Newton comenzó el desarrollo de telescopios reflectores, que usan un espejo cóncavo en lugar de la lente objetivo.

PD: Google ha decidido conmemorar la efemérides con un logotipo muy especial.

Imágenes | Wikimedia Commons