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¿Cómo suenan realmente los láseres?

Ryan F. Mandelbaum
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Gif: Cameron Geddes

Si alguna vez has visto una película de ciencia ficción, puedes pensar que sabes cómo suenan los láseres: alguna variación de un ruido que podrías escribir como “pew”. Pero, ¿has usado un puntero láser, verdad? ¿Fue algo así como “pew”?

Los láseres potentes producen sonidos, pero no hacen “pew” y no provienen de la luz en sí. En cambio, el ruido proviene del equipo que genera la luz láser o la interacción entre un rayo láser y un objeto.

Primero, hablemos de lo que realmente es un láser. La materia está formada por muchos átomos, alrededor de los cuales hay electrones. Los electrones solo pueden existir en ciertos lugares alrededor de esos átomos, llamados niveles de energía. Si excitas un electrón con energía, saltará a un nivel de energía más alto. Algún tiempo después, podría saltar espontáneamente a un nivel de energía más bajo, haciendo que el átomo emita una partícula de luz, llamada fotón. Pero en lugar de esperar, también puede estimular la emisión al golpear el láser con fotones mejor ajustados. El resultado es un haz ajustado de fotones con campos electromagnéticos sincronizados. Los láseres son dispositivos que producen luz basados ​​en este principio.

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Los láseres modernos consisten típicamente en alguna fuente eléctrica que proporciona energía a un cristal colocado entre un espejo y otro espejo que permite que pase algo de luz. La luz rebota entre los espejos y a través del cristal, estimulando la emisión de los fotones del cristal, que salen a través del espejo parcial. Otras ópticas, fuentes de energía y más cristales sintonizan aún más la forma, la duración y la potencia del pulso del láser.

Pero el sonido es producido por vibraciones a través del aire, no por la luz. Un haz de luz láser en sí mismo no hace ningún ruido.

Sin embargo, producir rayos láser puede ser una operación ruidosa. La fuente de alimentación de alto voltaje para los pulsos del láser puede hacer ruidos de clic, como se muestra en este video de científicos que producen pulsos utilizando el potente láser BELLA en Berkeley, California. El láser europeo XFEL, la fuente de rayos X más brillante del mundo, es extremadamente ruidoso, pero los visitantes en realidad escuchan el zumbido de la maquinaria y el flujo de agua a través de la configuración, que enfría el equipo.

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Además, el XFEL europeo es impulsado por un acelerador de partículas, que se enfría aún más con helio líquido. Eso requiere compresores para alcanzar temperaturas frías, generando un sonido fuerte de la máquina.

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El haz que interactúa con varios medios también puede crear ruidos. En la primera mitad del video anterior del equipo de láser de BELLA, puedes escuchar un sonido de clic estático. En este caso, un láser se desplaza de izquierda a derecha a través de la pantalla y se enfoca en un haz de 20 micrómetros de ancho, generando un campo eléctrico lo suficientemente fuerte como para que los electrones salgan de los átomos en el espacio intermedio. Esto genera un plasma que se expande con una velocidad más rápida que la velocidad del sonido en el aire, creando una onda de choque y el sonido que lo acompaña. También cambia las propiedades ópticas del aire, creando el anillo de color y los destellos proyectados en la pared opuesta.

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Un pulso láser de alta energía también puede producir un ruido fuerte. En el Grupo de Óptica y Láser Biomédico de la Universidad de Basilea en Suiza, la investigadora Ferda Canbaz brilla un poderoso láser contra el hueso, generando energía vibratoria y ruido a medida que se aleja el material. Y en el video del láser BELLA de Wim Leemans, escuchas un fuerte estallido: esta es una onda de choque producida por la explosión de energía en una polaroid negra no expuesta.

Entonces, no, los láseres de hoy en general no hacen sonidos de “pew”. Pero quizás la onda de choque ensordecedora es una forma más realista de representar el increíble poder de los láseres actuales.

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