culombio

El agua en un vaso parece continua, pero en realidad es una danza de billones de moléculas que constantemente rompen y forman enlaces. Antes era imposible ver esta danza en todo su detalle: los cálculos precisos que tienen en cuenta las propiedades cuánticas de los electrones solo podían manejar gotas diminutas de unos cientos de átomos.

En 1994 y 1995, en el acelerador LEP se hacían colisionar electrones y positrones para producir bosones Z, que se desintegraban inmediatamente en cascadas de partículas.

La carga eléctrica es algo escurridizo. Se puede medir cuánta hay en todo el universo o en una partícula concreta, pero intentar señalar con el dedo: «Aquí, en este centímetro cúbico, justo ahora hay tanta carga» choca contra un muro fundamental. El problema es que la carga total, que los físicos denotan con la letra Q, es algo no local.

Gota a gota desde un grifo, o un chorro uniforme sin una sola salpicadura. Así se ven aproximadamente los dos regímenes de corriente en un contacto superconductor. Solo que el papel del agua lo desempeñan los pares de Cooper: electrones enlazados que se mueven sin resistencia.

Cuando los cuerpos masivos se mueven con aceleración —por ejemplo, dos estrellas que giran una alrededor de la otra—, el espacio que los rodea no permanece en calma. Tiembla, como la superficie de un estanque cuando se lanza una piedra. Estas vibraciones se denominan ondas gravitacionales. Transportan energía hacia afuera y la fuente pierde masa gradualmente.

Un diminuto cristal de átomos cargados, atrapado en una trampa, tiembla por el calor. Cada ion oscila como una bolita en un resorte, y estas oscilaciones impiden utilizar el cristal para operaciones cuánticas precisas. Normalmente, el exceso de energía se elimina con un láser: el haz golpea los iones y frena su movimiento, como una corriente de aire que amortigua un péndulo.

El núcleo atómico rara vez es una esfera perfecta. Más a menudo se parece a un balón ligeramente abollado: la carga eléctrica en su interior se distribuye de manera desigual, y los protones pueden desplazarse un poco, creando una diminuta protuberancia «en forma de pera».

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.

Una gota de agua en un campo eléctrico intenso se alarga. El núcleo del deuterio, un par ligado de protón y neutrón, se comporta de manera similar, solo que aquí el campo lo crea un fotón gamma que pasa, y en lugar de estirarse, el núcleo puede simplemente romperse.

Si colocamos un kaón en un campo eléctrico, se estira ligeramente, como un globo que frotamos con lana. Esta respuesta —la polarizabilidad eléctrica— indica cuán rígida es la estructura interna de la partícula. Para el kaón cargado se ha medido por primera vez, y el número es este: alrededor de una diezmilésima parte del volumen que ocupa un protón.

Cuando colisionan núcleos pesados en aceleradores, se producen muchas partículas, y los físicos quieren entender cómo se mueve la carga eléctrica en ese caos. Dos trenes chocan entre sí: los pasajeros (quarks) salen despedidos, pero su equipaje (la carga) puede terminar lejos del lugar del accidente.

En 1978, los físicos bombardearon un blanco con un haz de iones y midieron la rapidez con la que estos se frenaban en la materia. Mediante el desplazamiento Doppler de los rayos gamma, calcularon la vida media de los estados excitados del núcleo.

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 gota de metal sobre un semiconductor es como una isla en el mar. Para llegar a esa isla, un electrón debe pagar un "peaje": superar una barrera que surge porque la isla es diminuta y cada carga adicional cambia mucho su energía. Este fenómeno se conoce como bloqueo de Coulomb.

El núcleo de deuterio, o deuterón, puede imaginarse como una peonza microscópica. Si la distribución de cargas en su interior no es perfectamente simétrica, en un campo eléctrico externo esa peonza sufre una diminuta inclinación de su eje de rotación.

En un enorme acelerador de partículas, donde protones a velocidades cercanas a la de la luz chocan contra un blanco de neón, nacen los bariones encantados: partículas que viven menos de una milmillonésima de segundo.

El núcleo de un átomo suele tener una forma definida: alargada como un melón o achatada como una calabaza. Pero el silicio-30 se comporta de otra manera: parece no poder decidir cómo ser.

En el acelerador, las partículas chocan y, por un instante, nace un mesón D: una partícula que vive menos de lo que tarda la luz en atravesar un grano de arena. Al instante se descompone en fragmentos más ligeros: un kaón, un leptón y un neutrino.

El neutrón es una partícula sin carga, pero con estructura interna. Como una pelota que por fuera parece lisa, pero por dentro tiene un relleno complejo. Los científicos llevan tiempo queriendo entender cómo se distribuyen las fuerzas eléctricas y magnéticas dentro del neutrón. Para ello hay que 'palparlo': hacerlo chocar con su antipartícula y ver qué ocurre.

En un laboratorio tranquilo, sobre una mesa, hay un dispositivo del tamaño de un microondas. Dentro, una bobina se desliza suavemente hacia arriba y hacia abajo mientras un ordenador registra las señales eléctricas. Así es la versión de sobremesa de la balanza de Kibble, un aparato que vincula la masa con las constantes cuánticas.

El diamante no es solo una joya. Este cristal puede conducir electricidad cuando aparecen portadores de carga libres: electrones y huecos. Pero, ¿qué tan rápido se mueven? En los artículos científicos, las cifras varían decenas de veces. Un laboratorio reporta una velocidad de 1000 cm²/(V·s), otro de 4000.

Tras una inyección bajo la piel, el fármaco no se extiende simplemente como tinta en el agua. Las moléculas de anticuerpos llevan una carga eléctrica, y esta carga hace que interactúen con los tejidos circundantes, de manera similar a como un imán atrae o repele las limaduras de hierro.

Momento dipolar medido del tantalio-181: 3,39 × 10⁻³² e·cm — como notar un desplazamiento de un átomo a la escala del Sistema Solar. Un núcleo atómico normal está perfectamente equilibrado, como un trompo giratorio.