fracción de ramificación

En el Gran Colisionador de Hadrones se hacen chocar protones, y entre los escombros a veces aparece una partícula pesada: el barión lambda. Vive una fracción diminuta de segundo y se desintegra en otras partículas.

Entre los restos de las colisiones de partículas a veces nacen 'visitantes' de vida corta: los hiperones. Uno de ellos, la Σ0, vive menos de una diez mil millonésima de segundo y se desintegra en pleno vuelo. Capturarla directamente es casi imposible, pero se pueden observar sus huellas: deja tras de sí otra partícula, la Λ, y un par electrón-positrón.

El arqueólogo retira con cuidado capa tras capa, y cada nuevo estrato en la excavación del charmonio es una desintegración rara registrada por el detector.

Cuando la partícula ψ(2S) se desintegra en un protón y un antiprotón, dos mecanismos diferentes actúan simultáneamente: la interacción fuerte, como un pegamento que mantiene unidos a los quarks, y la electromagnética, como la luz que repele las cargas. Sus contribuciones se suman con un cierto desfase.

El antiprotón es la imagen especular del protón: tiene la misma masa, pero carga negativa. Al entrar en contacto con la materia, normalmente se aniquila al instante: desaparece liberando energía al chocar con el núcleo de un átomo.

Un estadio de fútbol donde cien mil millones de espectadores estornudan a la vez, y solo siete o diez lo hacen en completo silencio. Esa rareza es la que persigue el experimento NA62 en el CERN, al estudiar el decaimiento del kaón cargado (K+) en un pión (π+) y un par de neutrinos (νν̄).

En 2021, el observatorio LHAASO registró fotones gamma con energías superiores al petaelectronvoltio procedentes de fuentes como la Nebulosa del Cangrejo, el remanente de una explosión de supernova en cuyo centro late una estrella de neutrones.

Un fuego artificial estalla y un solo punto se dispersa en cuatro chispas. Algo similar hace el bosón Z —la partícula que transmite la interacción débil— cuando se desintegra en cuatro leptones cargados (electrones o muones). El proceso es extremadamente raro: por cada millón de bosones Z producidos, solo ocurren unos cinco de estos sucesos.

Una moneda cayendo de canto: así de raro es que un mesón B pesado se desintegre en un pión ligero y un par electrón-positrón. En una década de funcionamiento del colisionador, solo se ha acumulado un puñado de estos sucesos, pero los físicos por fin han podido distinguirlos.

Dos fotones salen de un mismo punto en el pecho del paciente. Son gemelos: si alteras uno, al instante sabes algo del otro. Esa conexión se llama entrelazamiento cuántico. En una exploración PET, estos pares nacen dentro del cuerpo cuando la sustancia radiactiva inyectada se encuentra con los electrones de los tejidos. El grado de entrelazamiento no es constante.

En el acelerador bajo Pekín, electrones y positrones chocan y, por un instante, nacen partículas que no se encuentran en la materia ordinaria. Una de ellas es la lambda-c-plus: en su interior lleva un pesado quark encantado, como una piedra en una honda.

La partícula J/psi vive un instante y luego se desintegra en partículas más ligeras, como una cuerda que se rompe y se dispersa en fragmentos. Los físicos de la colaboración BESIII han capturado más de diez mil millones de estas desintegraciones para averiguar qué 'fragmentos' se producen.

Dentro del protón y del neutrón hierve la vida: los quarks intercambian gluones y, por un instante, surgen pares de partículas que desaparecen al momento. Algunas de ellas, los llamados mesones escalares, viven solo 10⁻²³ segundos: menos de lo que tarda la luz en atravesar el núcleo atómico.

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.

Una red ramificada —como un delta fluvial o la copa de un árbol— se construye con criterios de economía. La ley clásica, formulada en 1926, afirmaba que el diámetro del vaso madre al cubo es igual a la suma de los cubos de los diámetros de los vasos hijos. Esta regla funcionaba bien para tubos ideales, pero las arterias reales daban sistemáticamente otro exponente: alrededor de 2.7 en lugar de 3.

En las colisiones de protones del Gran Colisionador de Hadrones nacen partículas que viven menos de una milmillonésima de segundo. Una de ellas es el mesón Bs, formado por un quark extraño y un antiquark encanto.

El protón no es una bolita compacta. Su carga, su masa y otras propiedades se distribuyen en el espacio de maneras distintas, y cada propiedad tiene su propio radio. Los físicos saben desde hace tiempo cómo medir dónde se concentra la carga del protón y dónde está su masa.

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.

El bosón de Higgs vive increíblemente poco: menos de una milmillonésima de segundo. No se puede capturar directamente, por lo que los físicos observan lo que queda tras su desintegración: chorros de partículas, muones, neutrinos. Pero parte de la información se pierde si solo se consideran las huellas explícitas de la desintegración y no todo el evento en su conjunto.

En el acelerador BEPCII, electrones y positrones colisionan y producen miles de millones de partículas. Entre ellas, el mesón J/ψ, que vive menos de una milmillonésima de segundo. Su desintegración a veces da lugar al mesón eta (ηc), un cúmulo de quarks aún más efímero.

Dentro del acelerador, las partículas chocan y, por un instante fugaz, nace un mesón B: una partícula pesada que vive menos de una milmillonésima de segundo. Normalmente se desintegra en muchos fragmentos, pero a veces se convierte en solo dos partículas: un muón y un neutrino. Este raro camino se parece a una lotería donde el boleto ganador sale una vez cada dos millones de sorteos.

En 2018, el Gran Colisionador de Hadrones llevó a cabo una recolección de datos especial: el detector CMS capturaba colisiones de protones a una velocidad vertiginosa para acumular diez mil millones de partículas con quark belleza.

En el aire que respiramos ocurren constantemente eventos químicos invisibles al ojo. Uno de ellos es el nacimiento y la muerte instantánea de una partícula con la fórmula H₂COO. Se la llama «compuesto intermedio»: aparece por una fracción de segundo cuando las moléculas de ozono chocan con sustancias orgánicas, y de inmediato se deshace en fragmentos más simples.

En el acelerador de partículas de Pekín se hacen colisionar electrones con positrones, y por un instante nace una partícula llamada eta-sub-c. Vive una fracción diminuta de segundo y se desintegra en otras partículas. Uno de los caminos más raros es desintegrarse en dos fotones, las partículas de luz. Hasta ahora nadie podía decir con exactitud con qué frecuencia ocurre esto.

Dos fotones, como las dos caras de una misma moneda, se separan decenas de kilómetros, pero permanecen conectados: si mides uno, conoces al instante el estado del otro. Esta propiedad se llama entrelazamiento y es la base de la comunicación cuántica.

Dos partículas se aferran la una a la otra, como montañeros encordados, y vuelan hacia la pared. ¿Chocarán y rebotarán juntas, o se romperá la cuerda? ¿De qué depende? Los físicos consideraron el caso más simple: todo ocurre en una línea recta, las partículas se atraen solo cuando están en el mismo punto, y la pared es absolutamente rígida.