Imagínese
el lector soñador un escudo que guíe el calor -o el sonido- alrededor de los
objetos, y que el artilugio nos permita aislar un edificio del calor -o del ruido-
exterior. ¿Sorprendente? Tal objetivo persiguen los físicos que se afanan por
dominar los fonones, incluso –quizá ya sea mucho imaginar- querrían controlar
los terremotos que, como el calor y sonido, consisten en vibraciones que se
propagan de un sitio a otro.
La
conducción térmica es un fenómeno de transporte en el que la energía debida a
la agitación molecular se transfiere de un lugar a otro. ¿Cómo ocurre tal
conducción del calor en los materiales sólidos? Los electrones libres que
contienen los metales conducen el calor y la electricidad; en cambio en los
sólidos que no son metales, son los átomos que vibran más enérgicamente quienes
transfieren energía hacia los átomos vecinos menos energéticos; en este caso resulta
útil considerar el flujo de calor como una corriente de fonones, que pueden
viajar varios kilómetros si se trata del sonido, o mil millonésimas de metro si
es el calor. El calor, como el sonido, consiste en vibraciones que se propagan,
de los átomos de un cuerpo en el primer caso o de las moléculas del aire en el
segundo; de baja frecuencia (miles de hertzios) aquéllos, de frecuencias altas
(billones de hertzios) éstos; vibraciones, que los físicos han convertido en una
especie de partículas implícitas que nombran fonones; una palabra elegante para
designar las partículas de calor, como los fotones indican las partículas de
luz; y lo hacen porque quien examine detenidamente las vibraciones encontrará que
la energía de cada una siempre vale un múltiplo entero de cierta cantidad (un
cuanto) que es proporcional a su frecuencia. Quien se siente en el borde de una
cama elástica y observe las vibraciones que se propagan en su superficie, podrá
imaginar lo que sucede cuando se hace vibrar uno de los átomos y se inicia una
ola (una corriente de fonones) que viaja a través del sólido; el material se
llena entonces con una mezcla de fonones superpuestos e interaccionando entre
sí, que viajan en cualquier dirección y tienen diferentes frecuencias; resulta
de ello un comportamiento caótico más difícil de controlar que el de los
fotones.
El
sagaz lector ya habrá adivinado que los físicos e ingenieros intentan idear una
técnica capaz de manipular el calor y el sonido, igual que las lentes, los
espejos y algunos cristales lo hacen con la luz.