sección eficaz

Predecir el rendimiento de una reacción química es como intentar adivinar la cosecha conociendo solo la composición del suelo. Tradicionalmente, los químicos se apoyaban en largas columnas de números —los descriptores cuánticos— que describen la energía de los electrones, pero no dicen nada sobre la forma de la molécula.

La velocidad de 7,5 kilómetros por segundo es una línea divisoria: a partir de ella, una colisión cósmica convierte los granos de polvo en un reactor químico. En el medio interestelar pululan diminutos granos de polvo cósmico — herencia de estrellas moribundas.

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.

Los físicos propusieron un experimento: el haz láser actúa como detector cuántico y se divide en dos haces-oreja. Cada oreja se dirige a través de una diminuta nube de átomos ultrafríos —en ese estado los átomos se funden en una sola onda.

Las gotas de aceite en un caldo hirviendo normalmente se separan, pero si chocan muy lentamente, pueden pegarse por un instante. Algo parecido ocurre con los quarks top, los ladrillos más pesados de la materia conocida.

La colisión de partículas a gran velocidad produce una lluvia de nuevas partículas. Entre ellas se encuentran los antiprotones, gemelos de los protones ordinarios, pero con carga opuesta. Cada una de estas partículas tiene su propia rotación, como una pelota de tenis lanzada con efecto. Pero si los antiprotones nacen con espín, nadie lo ha comprobado hasta ahora.

Protones acelerados a enormes energías chocan contra una gruesa placa metálica, como balas contra una armadura. Dentro del metal, por un instante, nace una partícula J/ψ que inmediatamente se desintegra en dos muones, parientes ligeros del electrón. Estos muones salen del blanco y los detectores capturan sus huellas.

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.

Las viejas placas fotográficas del sondeo del cielo de los años 50 escondían un enigma detectivesco: una y otra vez aparecían en ellas misteriosos destellos. Primera pista: los destellos coincidían con los días de las pruebas nucleares atmosféricas. Segunda pista: el campo magnético terrestre; cuanto más rugía la tormenta, menos manchas aparecían.

En 2017, en el Gran Colisionador de Hadrones, los protones chocaron a una energía de 5,02 TeV. El detector CMS registró esas colisiones y, entre miles de millones de eventos, los físicos buscaban un caso raro: la producción de un único quark top sin su antipartícula.

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.

En el acelerador circular, los electrones se aceleran hasta casi la velocidad de la luz y chocan contra los positrones, sus antipartículas. En el punto de encuentro surge por un instante un cúmulo de energía pura del que nacen nuevas partículas. El detector BESIII, como una cámara de alta velocidad, capta las huellas de estos visitantes efímeros.

En el núcleo de un átomo de oro se esconde el futuro medicamento contra el cáncer. Si se golpea un blanco de oro con un rayo gamma de unos 30 megaelectronvoltios, uno de los núcleos pierde un protón y un neutrón y se convierte en un isótopo raro de platino: el platino-195m.

Dentro del Gran Colisionador de Hadrones, los protones se aceleran hasta casi la velocidad de la luz y chocan de frente. En el punto de impacto, por un instante, se forma un cúmulo de energía del que pueden surgir nuevas partículas. Una de las más pesadas es el quark top.

En el Gran Colisionador de Hadrones, los físicos aceleran protones hasta casi la velocidad de la luz y los hacen chocar. Normalmente, en estas colisiones participan los propios protones, pero a veces pasan muy cerca sin tocarse, y lo que interactúan son sus campos eléctricos.

Dos peonzas se lanzan simultáneamente en direcciones opuestas. Si una gira hacia la izquierda, la otra siempre gira hacia la derecha, sin importar cuán lejos se separen. Así funciona aproximadamente el entrelazamiento cuántico, solo que en lugar de peonzas tenemos quarks top, las partículas más pesadas conocidas.

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.

Cuando un neutrón choca contra un núcleo, puede arrancarle un fragmento: una partícula alfa, es decir, un núcleo de helio. Estas colisiones ocurren constantemente en los reactores nucleares, pero medirlas con precisión es difícil: el neutrón no deja rastro en un detector común, y solo se puede detectar por sus consecuencias.

Un copo de nieve, al caer de la nube, elige entre su forma izquierda y su forma derecha. La diferencia entre ambas es casi imperceptible, como un soplo de viento, pero es precisamente ese soplo el que decide qué patrón crecerá.