detector alice

En la fría nube TMC-1, donde la temperatura no supera los diez grados por encima del cero absoluto, las moléculas apenas se encuentran entre sí. Pero de vez en cuando un átomo de helio las atraviesa, y ese breve contacto basta para que la molécula cambie su rotación. Son precisamente esas colisiones las que determinan qué radiación vemos desde la Tierra.

En el pozo que conduce al Gran Colisionador de Hadrones quieren instalar un inquilino inusual: un tubo vertical de cien metros, dentro del cual caerán nubes de átomos de estroncio. Cada nube se enfría hasta casi el cero absoluto, para que los átomos se muevan lenta y coordinadamente, como bailarines en cámara lenta.

En el sur de la India, en la ciudad de Madurai, entre 2018 y 2022 estuvo un peculiar "cazador" de partículas cósmicas: el prototipo mini-ICAL, de 85 toneladas. Es una versión 600 veces más pequeña del futuro detector de neutrinos (esquivas partículas fantasma) que se construirá en las profundidades de la Tierra.

En las profundidades del detector ATLAS, como en un termo gigante, chapotea argón líquido: un líquido transparente a una temperatura de menos 184 grados Celsius. Cuando una partícula lo atraviesa, se genera una débil señal eléctrica, similar a un suave chapoteo.

En el silencio absoluto hay que oír caer una pluma. Pero alguien no deja de hacer ruido con una bolsa. Para el observatorio espacial LISA, ese "ruido" serán las partículas cargadas procedentes del espacio.

En un horno se hornea un pan enorme. Dentro de la masa hay una pequeña zona, la más caliente, donde comienza el crecimiento de la futura hogaza. Algo parecido ocurre en un núcleo molecular caliente (una región del tamaño del sistema solar donde el gas se calienta a cientos de grados y se comprime miles de millones de veces más denso que las nubes ordinarias).

La historia comenzó hace casi un siglo, cuando Edwin Hubble demostró que las galaxias se alejan, y Fritz Zwicky y Vera Rubin comprendieron después que para explicar sus movimientos era necesaria una masa invisible: la materia oscura.

Los núcleos atómicos no siempre se parecen a bolas de billar. Algunos son alargados como cigarros, otros achatados. En el xenón-129, la forma recuerda a una patata: un elipsoide abultado de tres ejes.

Hielo, agua, vapor: transiciones de fase que todos conocemos. Pero, ¿qué ocurre si comprimimos y calentamos el propio núcleo atómico? Los teóricos creen que los protones y neutrones que lo forman se "funden", liberando piezas más pequeñas: los quarks y gluones del modelo estándar.

En lo profundo del detector del Gran Colisionador de Hadrones chocan protones y, por un instante, nace algo pesado. Se desintegra al instante en dos bosones de Higgs, partículas que, como muñecas rusas, esconden en su interior dos pares de quarks b.

El Universo está lleno de materia invisible que gobierna el movimiento de las galaxias. En los años 1970, la astrónoma Vera Rubin demostró que sin la materia oscura, las estrellas de las afueras se habrían dispersado hace tiempo. Pero de qué está hecha sigue siendo un misterio.

Una carretera circular alrededor del Sol por la que no circulan automóviles, sino paquetes de materia. El diámetro de esta carretera es de años luz: rodea nuestro sistema planetario por su borde exterior, en la nube de Oort, donde aún se siente la débil atracción de la estrella.

Un ordenador cuántico mantiene los átomos en trampas de luz, como canicas en agujeros. Para leer la respuesta, hay que fotografiar cada átomo y determinar si brilla o no. Antes, el análisis de una imagen de este tipo llevaba tanto tiempo que el ordenador quedaba inactivo. Ahora, los ingenieros han creado una placa especial que examina la fotografía y encuentra todos los átomos al instante.

En el interior de una estrella masiva, antes de la explosión, las capas se apilan unas sobre otras como las capas de una cebolla. A veces, dos capas adyacentes, la de carbono y la de oxígeno, se mezclan. Es como cuando en una olla de sopa se mezclan las capas de caldo y verduras si las remueves con una cuchara.

En la cocina, dos haces de linternas se atraviesan mutuamente sin notarse. La luz casi no interactúa con la luz. Pero si se aceleran partículas a energías enormes, dos fotones pueden colisionar y dar lugar a algo nuevo.

En un anillo subterráneo de 27 kilómetros de circunferencia, los protones se aceleran hasta casi la velocidad de la luz y se hacen chocar de frente. En el punto de impacto se recrean por un instante condiciones similares a las de la primera billonésima de segundo tras el nacimiento del Universo.

En un frío profundo, a solo dos grados por encima del cero absoluto, una cavidad de cobre del tamaño de una cacerola escucha el silencio del universo.

En una cámara oscura, donde la temperatura está solo cuatro grados por encima del cero absoluto, reposa un cristal de zafiro del tamaño de un grano de arroz. Cuando un neutrino —una partícula fantasma que apenas interactúa con la materia— lo atraviesa, el cristal se estremece y se calienta una fracción insignificante de grado.

En el vasto campo COSMOS, donde los telescopios examinan miles de galaxias lejanas, se encontró un grupo especial: cuatro concentraciones de galaxias jóvenes situadas en una porción del cielo del tamaño de varias lunas llenas. La concentración principal es tan densa que contiene cuatro veces más galaxias que el promedio del cielo.

En un plasma donde algunos átomos permanecen neutros, las líneas de campo magnético pueden reorganizarse a diferentes velocidades. Es como dos bandas elásticas que primero están enganchadas y de repente se sueltan y se contraen, liberando energía.

En las profundidades del Gran Colisionador de Hadrones, los núcleos de plomo chocan con tal fuerza que por un instante se crea materia más caliente que el Sol. Es el plasma de quarks y gluones: una sopa de los ladrillos más pequeños de la materia que solo existió en los primeros microsegundos después del Big Bang.

En el detector ATLAS del Gran Colisionador de Hadrones, los protones chocan miles de millones de veces por segundo. Entre ese torrente, los físicos han capturado ocho eventos en los que, tras el impacto, surgieron a la vez dos partículas Z del modelo estándar y un fotón.

Los relojes atómicos comunes hacen tic-tac cuando un electrón salta entre niveles de energía. Pero los campos externos y los golpes pueden alterar ese ritmo. Los iones altamente cargados —átomos a los que se les han arrancado muchos electrones— apenas notan esas perturbaciones: sus electrones están profundos y firmemente sujetos. Por eso son 'péndulos' ultraestables.

La caza de la desintegración más rara se parece a buscar una moneda falsa en un montón de monedas auténticas. No solo hay que encontrarla, sino también demostrar que no es un reflejo del metal. En el experimento LEGEND se busca la doble desintegración beta sin neutrinos del germanio-76, un proceso que ocurriría si el neutrino fuera su propia antipartícula.

El láser impacta el blanco y una nube de plasma sale disparada hacia la cámara a cientos de kilómetros por segundo. Alrededor no hay vacío: la cámara está llena de un gas enrarecido que hace las veces de medio interestelar.

El crecimiento de un cristal de germanio ultrapuro se parece a hornear un soufflé caprichoso: el más mínimo sobrecalentamiento o una pizca extra de impureza, y todo el lingote solo sirve para refundirlo. Estos cristales son el corazón de los detectores que captan eventos rarísimos: desde materia oscura hasta doble desintegración beta.

Dos galaxias se acercan como una pareja de bailarines que se separan y vuelven a atraerse. En el momento de un acercamiento especialmente íntimo, su gas se comprime y de sus entrañas emerge una brillante luz ultravioleta. Esto es precisamente lo que ocurre en el sistema Hara 11, la pareja de galaxias en fusión más cercana a nosotros que deja escapar esa luz.

En los aceleradores gigantes, las partículas viajan casi a la velocidad de la luz y chocan de frente. Pero a veces un haz resulta un poco más denso que el otro, como si en una escalera mecánica abarrotada alguien se pusiera en el sentido contrario. Entonces las colisiones ocurren de manera desigual y los instrumentos empiezan a "parpadear", alterando las mediciones.

En el detector de un colisionador, cada colisión de protones deja un rastro de decenas de partículas, como las salpicaduras de una piedra lanzada al agua. Entender esas salpicaduras y descifrar qué ocurrió exactamente en el momento del impacto es una tarea que ya nadie puede afrontar solo.

Una piedrecita cae en un estanque y las ondas se expanden por el agua. Pero a veces la piedrecita no se hunde de inmediato: se desliza bajo la superficie, recorre varios metros y solo entonces emerge, generando ondas en un lugar inesperado.

Dentro de los protones acelerados a casi la velocidad de la luz, a veces nace una partícula más pesada que un átomo de oro: el quark top. Vive fracciones de segundo insignificantes y se desintegra, dejando un rastro en el detector ATLAS.

El agua en una tetera se calienta hasta los cien grados y deja de ser agua para convertirse en vapor. Algo parecido ocurre con los núcleos atómicos cuando se hacen chocar a velocidades enormes en el Gran Colisionador de Hadrones.

En una habitación oscura hay un tanque con argón líquido. A veces, una partícula invisible lo atraviesa, choca con el núcleo de un átomo y en el líquido se enciende una luz débil. Con ese destello, los físicos intentan averiguar qué visitante ha llegado.

En el laboratorio DESY se puso en marcha el experimento ALPS II para buscar axiones, unas hipotéticas partículas fantasma que podrían formar la materia oscura. Esta masa invisible actúa como un armazón que evita que las galaxias se dispersen debido a la rotación.