desintegración beta

Imaginen una sala donde cientos de personas hablan al mismo tiempo mientras ustedes intentan oír cómo cae un alfiler. Así escucharon los físicos de la colaboración PandaX-4T el silencio dentro de 3,7 toneladas de xenón líquido.

Dos orquestas distintas tocan la misma partitura de daño, pero los directores son diferentes: una se detiene antes de la división, la otra antes de la duplicación del ADN. El cáncer de cavidad oral y el de mama reciben el mismo golpe de neutrones, pero responden como si escucharan a directores distintos. Una línea celular se congela en el umbral de la división; la otra, en el umbral de la copia del material genético.

La regla con la que se mide lo invisible debe calibrarse con algo tangible. En física de partículas, esa regla son los modelos nucleares, y el punto de referencia tangible es la desintegración del tecnecio-99. Este isótopo artificial vive 211 mil años y se desintegra emitiendo un electrón.

Una estrella de neutrones es el remanente de una estrella que explotó, comprimido tan fuertemente que una cucharadita de su materia pesaría como una montaña. Dentro de ese objeto, los protones y neutrones están empaquetados muy juntos, y bajo una presión enorme pueden aparecer hiperones —partículas que contienen un quark extraño.

Las baterías atómicas que funcionan con la desintegración del plutonio llevan más de sesenta años alimentando marcapasos y sondas espaciales. Pero hay poco material para ellas: en todo el mundo solo se producen unos pocos kilogramos de plutonio-238 al año, y apenas alcanza para las misiones más importantes.

En 1976, los físicos predijeron que un electrón no solo puede pasar de largo junto al núcleo, sino que puede chocar contra él y transferirle energía, haciendo que el núcleo «se estremezca». El efecto se llamó NEEC — excitación nuclear por captura electrónica. Pero durante casi cincuenta años no se ha podido observar en un experimento.

Un reloj de arena en el que los granos se transformaran en otros mientras caen: así son los núcleos atómicos inestables. Viven un instante y se desintegran, expulsando un electrón (esto es la desintegración beta).

En 1946, propuso un método que revolucionó la arqueología: determinar la edad mediante la desintegración del radiocarbono. El reloj avanza: cada 5730 años, la mitad de los átomos desaparece. Pero, ¿por qué tan lentamente? Para un núcleo ligero, esto es una anomalía: las vidas típicas son millones de veces más cortas. El misterio se mantuvo durante siete décadas.

El núcleo atómico se parece a un autobús lleno de gente. Para liberar espacio, un grupo de dos protones y dos neutrones —el núcleo de helio, la partícula alfa— sale por la puerta delantera: es la desintegración alfa, descrita por George Gamow como un túnel bajo la barrera de energía.

Núcleos atómicos envueltos en esponjosos abrigos de electrones: con semejante ropa, no hay abrazo que valga. Pero cambia el abrigo ligero por uno pesado: el muón, una partícula del modelo estándar, comprime la nube casi 200 veces.

Dentro del Sol, cada segundo ocurren transformaciones nucleares invisibles. Una de ellas es el nacimiento del boro-8: el núcleo de berilio-7 captura un protón que pasa cerca y, por un instante, se convierte en un nuevo elemento.

Una estrella de neutrones es el núcleo muerto de una estrella que alguna vez explotó, comprimido hasta el tamaño de una ciudad. Si cerca hay una estrella normal, la estrella de neutrones le succiona materia como una aspiradora. Esa materia cae sobre la superficie y forma una corteza: una capa sólida de núcleos atómicos ricos en neutrones.

Una diminuta esfera de vidrio flota en un haz láser, como una mota de polvo en la luz del sol. Dentro de ella hay plomo radiactivo que, de vez en cuando, se desintegra. Cada desintegración expulsa partículas cargadas, y la esfera pierde o gana una carga eléctrica minúscula.

El núcleo de un átomo no siempre es redondo. Puede estirarse como un melón o achatarse como una calabaza. Y de esa forma depende su tamaño, igual que del tamaño de la masa depende el tamaño del pastel. Los científicos calcularon la forma y el tamaño de los núcleos de los isótopos de berkelio, un elemento pesado que se obtiene en reactores.

En el núcleo atómico, los protones y los neutrones se acomodan en capas, como el público en una sala abarrotada. Cuando una capa se llena, el núcleo se vuelve especialmente estable: los físicos llaman a estas "filas completas" números mágicos.

En el interior de una estrella moribunda, antes de la explosión de la supernova, tienen lugar reacciones nucleares que determinan qué elementos químicos se dispersarán por el cosmos.

El protón no puede verse como una simple bolita. Si lo golpeas con un fotón, puede absorber energía y pasar a un estado excitado, como una campana que empieza a vibrar a una frecuencia determinada tras el golpe. Estos estados se denominan resonancias de nucleones y viven muy poco tiempo antes de desintegrarse en otras partículas.

En los primeros minutos después del Big Bang, el Universo se parecía a una cocina ardiente. Sobre ella, según la «receta» del modelo estándar, debían cocinarse hidrógeno, helio y un poco de litio. Pero los telescopios ven tres veces menos litio del que dicta esa receta.

Los átomos ultrafríos pueden comportarse como un todo. Si en una nube así nace un нейтрино, normalmente se escapa sin ser notado.

En las profundidades de las estrellas, los núcleos ligeros se fusionan, dando lugar a helio y flujos de neutrones. En la Tierra, este proceso se reproduce combinando deuterio y tritio, isótopos especiales de hidrógeno.