#HablemosDeCiencia con Fefo

Lanzo una piedra a un lago tranquilo. Cae al agua y genera ondas que se mueven en todas direcciones formando círculos concéntricos (en realidad son esferas, pero solo vemos una sección). Los círculos avanzan con una rapidez característica del agua, es decir, no importa que tan grande sea la piedra ni con qué fuerza la haya lanzado (o si era un trozo de madera, o una persona), las ondas en el agua del lago siempre avanzan con la misma rapidez. Este fenómeno es bien conocido por la mayoría de nosotros. Lo que me gustaría que recordáramos de ahora en adelante es que la rapidez con que se mueven es siempre la misma: es algo característico del agua.

Si en lugar de lanzar una piedra me fijo en una lancha que avanza tranquilamente por el lago (más lenta que la velocidad de las ondas en el agua), observo que también va generando ondas. Si me fijo con cuidado observaré claramente que las ondas ya no se ven como círculos concéntricos sino que la parte de las ondas que se mueven en la dirección del movimiento de la lancha (enfrente) se van como “juntando,” mientras que las ondas detrás de la lancha se van “separando” cada vez más. Si incrementa la rapidez de la lancha, las ondas se van como “estirando” y eventualmente, cuando la lancha alcanza una rapidez mayor a la de las ondas, forman un frente triangular (en realidad un cono).

Lo mismo sucede con el sonido. Llamamos sonido a perturbaciones (ondas) en el aire. Cuando trueno los dedos estoy “pellizcando” el aire que se encuentra a mi alrededor y este pellizco se transmite a través de una onda en el espacio (mientras siga habiendo aire) hasta llegar a nuestro oídos y ser identificado como un sonido. Así, aunque no las veamos, el sonido no es otra cosa que ondas de presión moviéndose por la atmósfera (o el medio que sea, también puede ser agua, metal, etcétera). En el aire de la atmósfera, al igual que en el caso del agua, las ondas se mueven con una rapidez característica. Por ejemplo a nivel del mar las ondas de sonido tienen una rapidez de 340 metros por segundo.

En analogía al caso de la lancha, cuando escuchamos la sirena de una ambulancia que se acerca a nosotros percibimos las ondas de sonido como “juntándose” y resultando en un sonido cada vez más agudo (incrementa la frecuencia), mientras que al alejarse, las ondas se van “separando” y el sonido nos resulta cada vez más grave. Otra vez, en analogía con el caso de la lancha, si el objeto que produce el sonido se mueve cada vez más rápido, las ondas enfrente del objeto se juntan cada vez más. Cuando el objeto alcance una rapidez mayor a la de las ondas (o sea, cuando el objeto se mueva más rápido que el sonido) se generará también una forma de cono para las ondas que nuestros oídos identifican como un “rugido.” Ejemplos de objetos que hacen eso son: algunas balas, aviones supersónicos o la punta de un látigo.

Hemos visto dos ejemplos de la siguiente situación: un objeto produce ondas en un cierto medio. Esas ondas se mueven con una rapidez que es característica del medio y cuando el objeto que las produce se mueve más rápido que ellas, las ondas forman un cono.

Existe un fenómeno muy interesante relacionado con lo que acabamos de describir. Resulta que una partícula que tenga carga eléctrica, como un electrón (los que se encuentran en todos los átomos y que utilizamos para la electricidad y la electrónica), al acelerar emite radiación, es decir, luz. La luz es una onda y como todas las ondas tienen una rapidez característica, en este caso la luz se mueve a la ¡velocidad de la luz! Bueno, depende. Me explico. La expresión “velocidad de la luz” se refiere a la rapidez con la que las ondas electromagnéticas se propagan en el vacío. Esa rapidez corresponde además al límite de velocidad en la naturaleza. Sin embargo, la luz puede viajar a velocidades menores, por ejemplo en el agua la luz viaja aproximadamente a tres cuartas partes de su velocidad en el vacío.

Por lo tanto, si se diera el caso de que un electrón (que recordemos emite ondas electromagnéticas al acelerar) viajara por el agua más rápido que la luz en el agua, ¡las ondas electromagnéticas también generarían un cono! A ese fenómeno se le conoce como radiación de Cherenkov y su explicación y verificación mereció un premio Nobel en algún momento.

La radiación de Cherenkov de un electrón en el agua es de color azul y se ve muy bonita. Si llenamos un tanque de agua ultra pura (sin electrones) y lo ponemos a gran altura en una montaña, es posible que cuando rayos cósmicos o fotones de muy alta energía (rayos gama) provenientes del espacio choquen con algún núcleo atómico en la atmósfera terrestre, se generen partículas cargadas a muy alta velocidad. Si algunas de ellas pasan por el agua de nuestro tanque, producirán el cono de Cherencov. Si dentro del tanque ponemos unos “ojos” que puedan verla y registrarla, esa radiación nos puede dar información sobre los rayos cósmicos o gama originales que venían del espacio (¡astronomía!). Eso, en términos muy generales, es lo que hará (ya está haciendo) el recién inaugurado (construido en México) observatorio “HAWC” en el volcán Sierra Negra de Puebla que consiste de 300 tanques y 1200 “ojos” que buscan una lucecilla azul.

Este tema fue a petición de @MeCargaGestas,” espero le guste.

twitter: @alfredoaranda

facebook: Fefo Aranda