Avalancha dentro del cristal exprés
En un cristal ultrapuro de germanio, enfriado casi hasta el cero absoluto, un solo electrón puede desencadenar toda una avalancha de cargas. Como una pequeña piedra que se desprende de la ladera y arrastra consigo un torrente de nieve. Esta amplificación interna de la señal es un sueño para los detectores de materia oscura o de desintegraciones raras. Pero la avalancha no comienza siempre, sino solo cuando el campo eléctrico dentro del cristal supera un valor crítico. Adivinar ese valor de antemano es como predecir desde qué inclinación exacta de la colina rodará la bola de nieve.
Los autores del nuevo trabajo han elaborado un «mapa de avalanchas» simple pero fiable. Combinaron dos ideas antiguas: una estima el campo a partir del recorrido libre más rápido del electrón; la otra tiene en cuenta que, a altas energías, la partícula puede saltarse las zonas peligrosas sin colisionar, como un esquiador que a gran velocidad salta sobre los montículos. El resultado es una fórmula práctica: el campo crítico depende de la temperatura, del tamaño del cristal y de la facilidad con que los portadores de carga se mueven en el material. La probaron con electrones y huecos: las predicciones coincidieron con el experimento mejor que los modelos anteriores.
La utilidad no es solo para la ciencia fundamental. Los detectores basados en germanio buscan partículas de materia oscura, capturan desintegraciones nucleares raras y controlan la pureza de materiales. Si se conoce de antemano el umbral de avalancha, el instrumento puede ajustarse para que amplifique solo la señal útil y deje el ruido fuera. Un funcionamiento estable sin falsas alarmas es justo lo que se necesita para experimentos de larga duración en las profundidades de la Tierra.
El germanio puro para detectores se cultiva de modo que por cada mil millones de átomos de germanio haya menos de un átomo de impureza: es uno de los materiales más puros jamás creados por el ser humano.