Ya es posible escuchar a los átomos y jugar con ellos

Una profesora de física de Estados Unidos ha creado una biblioteca de sonidos únicos para casi todos los elementos químicos de la tabla periódica, posibilitando así no solo escuchar cómo suenan los átomos, sino también jugar con ellos.

La profesora de física estadounidense Jill Linz ha creado una biblioteca de sonidos correspondientes al espectro visible de casi todos los elementos químicos de la tabla periódica.  

Linz ha asignado a cada línea del espectro una frecuencia de sonido con una amplitud proporcional a su intensidad.

Para conseguir una mayor armonía, optimizó la duración de todos los componentes de frecuencia y también los comparó con notas de una escala uniforme, lo que le permite reproducir "sonidos atómicos" en instrumentos musicales.

La biblioteca está alojada en la página personal de la investigadora, a la que se puede acceder libremente y escuchar el sonido individualizado de cada elemento de la tabla periódica. Se puede escuchar todo en este enlace: https://academics.skidmore.edu/blogs/jlinz/atom-tones/

Sonificación

El proceso de convertir cualquier dato en sonido se llama sonificación. A pesar de que persigue en su mayor parte fines creativos y de divulgación, los científicos lo hacen con bastante frecuencia: fotografías de personajes históricos, órbitas planetarias, colisiones en el Gran Colisionador de Hadrones e incluso el amanecer marciano, se han convertido ya en música.

La conversión de ondas de luz en ondas de sonido es la más natural, ya que la vista y el oído son los dos canales a través de los cuales una persona percibe la mayor cantidad de información.

Por ejemplo, de esta forma se puede intentar convertir en sonido los espectros de todos los átomos de la tabla periódica y facilitar así el estudio de la física atómica a los alumnos con discapacidad visual.

El video registra una muestra de tonos atómicos y compara elementos de baja masa con elementos de alta masa. Se representan diferentes grupos: gases nobles (He), no metales (C, N, O), halógenos (F, Cl, Br) y metales (Au, Hg, Th, Pb).

Tarea difícil

Esta es una tarea bastante difícil, ya que las líneas espectrales atómicas tienen diferentes intensidades, anchos y también están organizadas en una escala de frecuencia diferente a los sonidos de los instrumentos musicales, razón por la cual las "voces" atómicas sin procesar serán desagradables de escuchar y poco informativas.

También es difícil porque es importante preservar la singularidad de cada sonido, ya que los espectros atómicos también son únicos, lo cual es la base de los métodos de la química analítica.

Los esfuerzos de Jill Linz, profesora de física en Skidmore College en Nueva York y experta en música clásica, estaban dirigidos a resolver estos problemas.

En 2016, lanzó un proyecto llamado Atom music y, a fines de 2022, pudo reproducir los sonidos de casi todos los elementos químicos.

Técnicas de procesamiento

Sus cálculos se basaron en tres técnicas de procesamiento de señales de audio. Primero, realizó un mapeo lineal de líneas espectrales en el rango visible (400-700 nanómetros) a sonidos con frecuencias de 0 a 1000 hercios en función de los intervalos de frecuencia entre los componentes individuales. La amplitud de cada componente correspondió a la intensidad de la línea.

En segundo lugar, la investigadora tuvo en cuenta que, para una percepción cómoda del sonido, debe tener una duración superior a cierto umbral (60 milisegundos), pero al mismo tiempo decaer exponencialmente con el tiempo. En esta etapa, también decidió la forma de aumentar la amplitud del sonido, eligiendo la que ocurre durante la extracción con cuerdas pulsadas.

Finalmente, Linz hizo coincidir aproximadamente cada elemento con su propio conjunto de notas musicales tradicionales.

Biblioteca de sonidos

Como resultado, Linz compiló una biblioteca de sonidos únicos para cada elemento y asociados a sus espectros visibles, a excepción de aquellos que no los tienen.

Vale la pena señalar que esta es una sonificación simbólica, ya que el átomo emite solo una línea espectral a la vez, mientras que todas las frecuencias suenan simultáneamente en el sonido.

En otras palabras, los sonidos corresponden más al gas atómico calentado que a los elementos individualmente. Además, el trabajo no tuvo en cuenta las relaciones de fase entre los armónicos individuales.

Interés musical

Sin embargo, el trabajo de Linz llamó la atención de muchos de sus colegas, que han observado algunas regularidades en el conjunto de sonidos resultante.

Por ejemplo, los elementos de baja masa como el carbono, el oxígeno y el hidrógeno, tienden a tener tonos disonantes porque sus líneas están espaciadas a lo largo del espectro.

Los metales pesados, en cambio, suenan más agradables porque sus líneas se agrupan y forman una onda sinusoidal casi pura.

La oportunidad de reproducir sonidos atómicos en instrumentos interesó a los músicos, quienes ya han utilizado sus resultados en varios proyectos musicales.

Referencia

Atom Tones: investigating waveforms and spectra of atomic elements in an audible periodic chart using techniques found in music production. Jill A. Linz. The Journal of the Acoustical Society of America 152, A220 (2022). DOI:https://doi.org/10.1121/10.0016071