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Artículos de Divulgación

¡Átomos que cantan!

Si bien sabemos que la materia y la luz siempre andan en constante contacto, por lo cual se puede llegar a pensar que al estar en contacto exista cierta interacción que pueda traducirse en un fenómeno físico (unos más visibles que otros). Para que se ocurra esta interacción se debe cumplir una regla de oro: el haz de luz que incida sobre la materia debe cumplir con los requisitos energéticos de ésta, es decir, debe contar con una energía específica para que pueda ser absorbida por la materia y pueda provocar algún cambio en ésta.

Recordemos que la luz se comporta como una partícula y al mismo tiempo como una onda (véase ¿Qué onda con la partícula?), por lo cual cuenta con una longitud de onda asociada que mientras menor sea mayor será la energía asociada al haz de luz, y viceversa, mientras mayor sea la longitud de onda menor será la energía asociada; y es de esta manera que la luz se “clasifica” en el espectro electromagnético. Las diferentes regiones del espectro electromagnético tienen diferentes efectos sobre los átomos que conforman la materia, por ejemplo, la región del visible y ultravioleta son aprovechadas para provocar cambios en los estados energéticos de los electrones, mientras que la región del infrarrojo es capaz de alterar la manera en que vibran los enlaces que hay entre los átomos que conforman una molécula (¡así es! los enlaces entre los átomos se encuentran en constante vibración y lo hacen de diferentes maneras), estos cambios energéticos son utilizados para determinar la cantidad de cierto compuesto en una muestra de interés.

A pesar de que producen un cambio físico diferente, las diferentes regiones del espectro electromagnético tienen algo en común: pueden provocar cambios energéticos en la materia. Los átomos que conforman a los diferentes materiales que conocemos siempre cuentan con energía, debido a que siempre se encuentran en constante movimiento, o bien, los electrones que lo forman andan de un nivel de energía a otro; y esto nos lleva a nuestro tema de interés… ¡El cambio de energía provocado en el átomo puede traducirse en sonido!

Graham Bell, inventor del teléfono, fue el primero en notar este fenómeno (fenómeno al cual llamaremos Efecto Fotoacústico) y junto con Charles Summer Tainter creó el fotófono. Este dispositivo era capaz de transmitir ondas sonoras de manera inalámbrica al añadir al circuito telefónico una celda de selenio (material que cambia su resistencia eléctrica de acuerdo a la luz absorbida) y reflejar sobre la celda un haz de luz solar. Posteriormente, Bell descubrió que el material emitía sonido cuando era iluminado por cierto tipo de luz y que la intensidad del sonido dependía de la longitud de onda o color de la luz incidente.

La idea de Bell con el tiempo se olvidó y posteriormente fue retomada por A. Rosecwaig, considerado padre de la Espectroscopia Fotoacústica, quien explica el fenómeno de la siguiente manera: cuando de hace incidir energía luminosa de forma periódica sobre una muestra (sea sólido, líquido o gas) parte de la energía es absorbida y transformada parcialmente en calor, provocando variaciones en la temperatura de la muestra. Si la muestra se encuentra en una celda (contendor) el aire de contenido se expandirá y se contraerá, generando cambios en la presión que pueden ser traducidos como ondas acústicas por un micrófono contenido en la celda.

A lo mejor el sonido producido no será idéntico a la música de The Beatles u otras bandas, pero es otra manera de entender la transferencia de energía en la materia. La aplicación de este efecto aún no es muy clara, pero se ha empezado a usar en la determinación de contaminantes en el aire. A pesar de esto, es interesante saber la diferentes maneras en que se puede encontrar a la energía y comprender que aparte de encontrar sonido en las acciones que realizamos o en la música que solemos escuchar, los átomos cuentan con sus propios instrumentos, y al igual que nosotros cuando escuchamos una canción que nos proporcione “buena vibra”, los átomos también cantan.

Participando en el Carnaval de la Física celebrado este mes en el Imperio de la Ciencia.

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