Fisica General Burbano

688 CORTEZA ATÓMICA
XXVIII – 24. Propiedades y aplicaciones de la luz láser
Fig. XXVIII-29.– Láser de cuatro niveles.
El estado metaestable es E 3
y
la emisión láser corresponde al salto
E 3
→ E 2
.
Fig. XXVIII-30.– Niveles de energía
del cromo en el cristal de rubí. Los
estados E 2
y E 3
son excitados; E 2
es
además metaestable.
Fig. XXVIII-31.– Láser de rubí. La
fuente de tensión V alimenta la lámpara
L cuya luz es focalizada en la
barra de rubí R por el espejo de sección
elíptica.
Fig. XXVIII-32.– Niveles de energía del He y del
Ne. E 3
′ se comporta como metaestable. La energía
del helio en E 2
se transfiere al neón por choque, con
un pequeño aporte de energía cinética del helio.
Los fotones procedentes de la emisión estimulada tienen las mismas frecuencia, fase, polarización
y dirección, por tanto la radiación resultante es coherente, condición que no verifican las
fuentes de radiación convencionales en las que la emisión espontánea de los átomos individuales
no está coordinada.
El carácter monocromático de la luz láser facilita su transporte mediante fibras ópticas, lo que
unido a poder ser modulada en frecuencia y en amplitud y a su elevada frecuencia, la hace especialmente
apta para la transmisión de señales.
Al ser el haz láser casi perfectamente paralelo se puede localizar con lentes en puntos extremadamente
pequeños, en los que se suman las amplitudes de las ondas luminosas de todos los átomos,
y no las intensidades como en el caso de una fuente convencional. Esto permite la acumulación
de cantidades apreciables de energía que se pueden entregar a un material absorbente en
tiempos muy cortos, es decir, se pueden desarrollar potencias enormes capaces de elevar la temperatura
del material a 100 000º C en menos de un segundo, vaporizándolo en pequeñas explosiones.
Su capacidad de taladrar, cortar, soldar o quemar se emplea cada vez más en la industria y
la medicina.
Produce figuras de interferencia muy puras que la hacen idónea para detectar imperfecciones,
presencia de agentes contaminantes, etc., y que han permitido el desarrollo de la HOLOGRAFÍA, o
sea, de la producción de imágenes tridimensionales. Así como en una fotografía la película registra
solamente la intensidad que recibe en cada punto, en un holograma se registra también la diferencia
de fase que tienen los rayos que provienen de distintos puntos del objeto respecto del haz incidente.
Para la realización de un holograma se divide un haz de láser ensanchado en dos partes,
una incide en el objeto y se refleja hacia la placa y la otra se dirige directamente a ella. La interferencia
de ambas en la placa produce un holograma que, una vez revelado y al ser iluminado con
una luz láser, permite apreciar las distintas perspectivas del objeto desde distintos ángulos como si
se tratase del original.
Desde 1960 el desarrollo de láseres ha sido vertiginoso, los hay de gran variedad de tamaños,
con distintas potencias, y frecuencias que van de los infrarrojos a los rayos X. Para la producción
de estos últimos se ha sugerido la utilización de una pequeña explosión nuclear, en la que se emiten
rayos X que pueden comunicar su energía a los átomos del material productor de láser. La
energía total del láser de rayos X no sería muy grande pero la emisión puede hacerse en una trillonésima
de segundo, desarrollándose potencias de cientos de trillones de vatios.
Una de las más recientes aplicaciones del láser en investigación es la obtención de temperaturas
excepcionalmente bajas. El proceso consiste en frenar un chorro de átomos haciéndolos chocar
con fotones. En las primeras experiencias (1975) se consiguió hacer pasar átomos de sodio desde
una velocidad del orden de 1000 m/s a la casi total inmovilidad, después de unos 33 000 choques.
Este procedimiento permite alcanzar temperaturas de orden de 10 – 6 K, y su desarrollo les valió el
premio Nobel de física, en 1997, al francés Claude Cohen y a los estadounidenses Steven Chu y
William D. Phillips. En un agregado de átomos enfriados y confinados por láser se pueden «evaporar»
los más rápidos mediante la aplicación de campos magnéticos; de este modo se ha descendido
hasta 2 × 10 – 8 K, obteniendo una forma de materia puramente cuántica que se denomina
condensado de Bose-Einstein. Su consecución les supuso a Eric A. Cornell, Wolfrang Ketterle
y Carl E. Wieman el premio Nobel de física del año 2001. (Una temperatura tan baja como
2 × 10 – 8 K seguramente no se ha dado nunca hasta ahora en ningún lugar del Universo).
La producción de radiación láser en el laboratorio involucra a la física atómica, la óptica y la
electrónica; esta interdisciplinariedad se ha convertido en una nueva rama de la ciencia conocida
como FOTÓNICA.
XXVIII – 25. Rayos X. Propiedades
F) RAYOS X
Los rayos X o rayos Roentgen fueron descubiertos por este investigador en 1895
en sus experiencias con rayos catódicos. Observó que durante el funcionamiento de
un tubo de gas, la producción de estos últimos iba acompañada de fluorescencia en
una pantalla de platino-cianuro de bario, próxima. Posteriores experiencias del mismo
Vilhelm C. Roentgen (1845-1923) y de otros investigadores (Laue, Barkla, ...)
pusieron de manifiesto que se originaban por el choque de los electrones con las paredes
del tubo, y que tienen las siguientes PROPIEDADES:
Impresionan placas fotográficas.
Excitan la fluorescencia en determinados cuerpos.
Tienen un gran poder de penetración.
No se desvían en campos eléctricos o magnéticos.
Ionizan los gases.
Experimentan fenómenos de interferencias, difracción y polarización.
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