¿Por qué eres azul, doctor Manhattan?

Jonathan Osterman era un físico nuclear que desarrollaba su trabajo de investigación en el área de los campos intrínsecos de la materia durante la década de los años 50 del siglo XX. En un accidente desafortunado, queda atrapado en la cámara de su laboratorio y sufre la total extracción de su propio "campo intrínseco" (sic), desintegrándose por completo. Dado oficialmente por muerto, logra milagrosamente recomponer su estructura atómica, bajo una nueva apariencia y dotado de asombrosos superpoderes. Desnudo, excelentemente bien dotado y rodeado de un resplandor azulado, a partir de entonces será conocido por el mundo como el doctor Manhattan, uno de los miembros de los Watchmen, los superhéroes protagonistas de la novela gráfica creda por Alan Moore y Dave Gibbons, llevada recientemente al cine de la mano de Zack Snyder en Watchmen (Watchmen, 2009).

Cuenta James Kakalios en su libro The Amazing Story of Quantum Mechanics que el color azul del doctor Manhattan se le ocurrió a Dave Gibbons por simple descarte. Al parecer, por un lado, el color rojo hacía parecer al personaje estar rodeado de llamas, mientras que el color verde le asemejaba demasiado a Hulk. Por otro lado, el resto de la gama de tonos harían parecer que su piel era normal, cuando lo que se pretendía era lo contrario, dadas las circunstancias especiales de la terrible experiencia vivida por Osterman. Así pues, se optó por darle el tono azul brillante que todos conocemos. Y, según el mismo Kakalios, quizá la opción elegida fuese, al fin y al cabo, la más adecuada. ¿Por qué? Veamos.

Desde principios del siglo pasado era conocido que ciertos medios transparentes como el vidrio, el agua o algunas sustancias cristalinas emitían un débil resplandor blanco-azulado cuando se situaban en las proximidades de fuentes radiactivas intensas. La misma Marie Curie había llegado a informar sobre la observación del fenómeno en las botellas que contenían sus célebres sales de radio, brillando en la oscuridad de su laboratorio parisino. Eclipsado por la importancia intrínseca de los descubrimientos en el campo de la radiactividad de la época y también porque, en un principio, se atribuyó su origen a una clase de fluorescencia, el fenómeno anterior pasó desapercibido hasta el año 1929, cuando un francés llamado L. Mallet descubrió el efecto que hoy conocemos con el nombre de radiación Cherenkov. Su nombre no ha pasado a la historia debido a que su trabajo no aportaba una explicación teórica de las observaciones llevadas a cabo.

Las investigaciones básicas fueron realizadas desde 1934 hasta 1938 por el físico experimental Pavel A. Cherenkov, mientras se encontraba bajo la dirección del profesor Sergei I. Vavilov. En 1937, otros dos físicos teóricos, ambos miembros de la Academia de Ciencias de la URSS, Ilya Frank e Igor Tamm proporcionaron la base teórica. Tanto a Cherenkov, como a los dos últimos, se les otorgó el premio Nobel en 1958 por sus contribuciones.

Lo que conocemos como radiación Vavilov-Cherenkov o, simplemente, radiación Cherenkov, es un fenómeno óptico análogo al célebre "boom" supersónico producido por objetos voladores cuando superan la velocidad del sonido. También se puede contemplar un fenómeno similar cuando un barco se desplaza velozmente por el agua. Si la embarcación permanece quieta y perturbamos la superficie del agua (dejando caer una piedra, por ejemplo) observaremos un grupo de ondas circulares concéntricas (el centro coincide con el punto donde arrojamos la piedra) que se van alejando progresivamente. Por contra, si el barco comienza a moverse, las ondas dejan de ser concéntricas y conforme aumenta la velocidad, tienden a concentrarse cerca del punto donde se encuentra la proa. Si se supera la velocidad con la que las ondas se propagan en el agua, se llegan a formar dos frentes de onda (uno a cada lado del barco) que se aprecian al dejar un rastro en forma de V, en el que el vértice de la letra coincide con la proa. En el aire se observa un fenómeno totalmente análogo, sólo que en tres dimensiones, formándose una superficie en forma de cono cuyo eje coincide con la dirección en que se desplaza el objeto volador.

El análogo óptico (electromagnético) a los dos efectos previos (mecánico y acústico) se conoce como efecto Cherenkov y tiene lugar cuando una partícula cargada eléctricamente se desplaza a través de un medio transparente con una velocidad superior a la de la luz (ondas electromagnéticas) en ese mismo medio. Y no debéis entender esto como una violación de los preceptos de la relatividad especial de Einstein. Efectivamente, la velocidad que ningún objeto material (dotado de masa) puede superar es la de la luz en el vacío (299.792, 458 km/s). Lo que sucede es que la luz viaja a distintas velocidades en los diferentes medios, siempre dependiendo del valor concreto del índice de refracción de los mismos. Así, en el agua, la velocidad de la luz es un 33% más lenta que en el vacío, ya que el índice de refracción es 1,33 en lugar de 1. No resulta extraño, entonces, encontrar ciertas sustancias radiactivas capaces de emitir electrones (radiación beta) y que éstos superen con relativa facilidad la velocidad de la luz en el medio concreto en que se encuentren.

Suponed que tenemos un electrón (vale cualquier partícula con carga eléctrica) que atraviesa en línea recta una lámina de vidrio. En las regiones próximas al paso del electrón, se produce una polarización, es decir, las nubes electrónicas de los átomos que forman el vidrio se desplazan respecto a las posiciones que ocupaban previamente debido a la repulsión culombiana originada por el electrón viajero, dando lugar a unas estructuras denominadas dipolos. Si la velocidad de la partícula cargada no supera a la de la luz en el vidrio, a los dipolos les da tiempo suficiente a ordenarse de forma simétrica con respecto a la posición instantánea del electrón. De esta manera, no emiten radiación alguna. En cambio, si la velocidad supera la de la luz en el vidrio, el escenario es totalmente distinto. Ahora, la disposición de los dipolos es asimétrica, ya que no tienen tiempo de seguir al electrón hiperlumínico. Los dipolos comienzan a emitir radiación todos ellos en un único ángulo con respecto a la dirección original de la partícula que atraviesa el medio (por tanto, todas las emisiones forman una superficie cónica, cuyo eje coincide con la dirección del movimiento). Las radiaciones de cada dipolo interfieren de forma constructiva y se produce una luz coherente similar a la de un láser. Esta luz es la radiación Cherenkov y, en el caso del agua o el vidrio, el ángulo del cono de emisión es de unos 41º. Para el aire, tan sólo algo superior a 1º.

El trabajo de Frank y Tamm permite deducir que la cantidad de energía que acompaña a la radiación Cherenkov varía inversamente con el cuadrado de la longitud de onda de la misma, es decir, se concentra en la región violeta-azul del espectro visible. Y este es el mismo tono azulado brillante que se observa en el agua de la piscina de un reactor nuclear. ¿Y sabéis dónde más? ¡Exacto! En la piel del doctor Manhattan. ¿Produce entonces, de alguna forma, el peculiar doctor, partículas cargadas eléctricamente a altas velocidades que emiten radiación Cherenkov? Preguntadle a su dibujante, Dave Gibbons, que fue quien eligió el color de puñetera casualidad, ¿no? Él sabrá...

Fuentes:

Cherenkov Radiation: its Origin, Properties and Applications. J.V. Jelley. The Physics Teacher. Vol. I(5), 203-209. Nov 1963.

The Amazing Story of Quantum Mechanics. James Kakalios. Gotham Books. 2010.

Mi puto cerebro, Sergio L. Palacios (Ph. D.), Journal of mental taraos and absolutely superior intelects, Vol. 69, p. 69-96. November 2010.