En los medios gráficos se nos muestra, de vez en cuando, luz laser como si fuese un haz de luz que cruza el aire (más o menos) en linea recta, hasta que choca con un espejo que lo haga cambiar de dirección, o hasta que se dirige a un objeto al que es opaco, que lo absorbe.
Sin embargo, el hecho de que nosotros “veamos” ese haz quiere decir que hay fotones que han tomado otro camino (que no es la linea recta) y se han dirigido a nuestros ojos. ¿Cómo es esto posible? (la respuesta, después del salto)
Básicamente, podemos ver los haces laser porque están chocando con un montón de particulas suspendidas en el aire que atraviesan, lo que hace que esta cambie de dirección y, de cuando en cuando, llegue a nuestros ojos. El fenómeno por el cual la luz cambia de dirección al entrar en contacto con “impurezas” o “imperfecciones” del medio en que se mueve se llama “dispersión” (scattering, en inglés).
La propagación de un haz laser en un medio viene dada por las ecuaciones de Maxwell. En buena aproximación podemos suponer que este haz se mueve en linea recta por este medio. Si hay alguna impureza (con un indice de refracción diferente del medio), algunos de los fotones del haz se verán desviados de esta linea recta. Dependiendo del tamaño de la particula, podemos distinguir varios tipos de dispersión:
- Si la impureza es mucho más pequeña que la longitud de onda de la luz, se llama dispersión de Rayleigh
- Si la impureza es aproximadamente del tamaño de la longitud de onda, entonces tenemos dispersión de Mie
- Finalmente, si la impureza es bastante más grande, podemos calcular la dispersión de manera geométrica.
En el aire de prácticamente cualquier lugar existen moléculas y otras partículas más grandes que interactuan con la luz del haz laser, y esta, al “chocar”, cambia de dirección. Nosotros recibimos algunos de esos fotones provenientes desde el lugar donde ha tenido lugar la colisión (por el camino que iba el laser), y por eso podemos “ver” el haz laser. En la animación del inicio de la entrada podéis ver como la sala en la que se lleva a cabo el espectáculo está llena de un humillo, que es lo que proporciona las impurezas que dispersan tanto el laser como las luces de fondo.
Los fotones del laser, al chocar contra las impurezas del aire, se dispersan. Algunos de ellos van en nuestra dirección y los recibimos.
BONUS:
La dispersiones de Rayleigh y Mie son muy comunes. La primera es la responsable de los colores del cielo (rojo/anaranjado al amanecer y atardecer; azul cielo el resto del día) y el segundo es el principal responsable de que las nubes sean blancas. Pero esta es otra historia, y debe ser contada en otra ocasión.