disprosio

Un cazador coloca trampas en el bosque. Conoce los hábitos de la bestia, pero no sabe si caerá en ellas. De manera similar, los físicos colocan detectores en un intento de atrapar partículas de materia oscura, una sustancia invisible que se cree constituye la mayor parte de la masa del universo.

El radio de la estrella cae mil kilómetros. No porque su masa haya crecido, sino porque su propio campo magnético ha comprimido la corteza, como un corsé invisible.

264 kilómetros por segundo: a esa velocidad el sistema solar atraviesa una nube de materia oscura. Su existencia fue delatada por las galaxia: giraban demasiado rápido para que la masa visible las mantuviera unidas, y Vera Rubin fue la primera en sospechar un armazón oculto.

Doscientos ochenta y nueve días: eso dura exactamente una rotación de la enana blanca WD 1532+129. No es solo un récord: en su superficie, en los polos magnéticos, aparecen cicatrices de hierro y otros metales, mudos testimonios de los planetas que ha devorado.

Un faro en alta mar no solo gira: su lámpara por sí misma a veces se atenúa y a veces se aviva. Más o menos así se comportan las enanas blancas magnéticas, restos superdensos de estrellas como nuestro Sol.

Un diapasón golpeado suena limpio y durante mucho tiempo. Pero si mientras suena agitas ligeramente el propio diapasón, el sonido empezará a temblar y se apagará rápidamente. Algo parecido ocurre con los electrones en cualquier trozo de materia. Los átomos en la red nunca están quietos: las vibraciones térmicas los hacen temblar continuamente.

Un globo inflable con líneas de campo magnético dibujadas con rotulador es un modelo sencillo de cómo se comporta un campo magnético débil en un universo en expansión. Mientras el globo es pequeño, las líneas yacen obedientemente sobre la goma y no impiden que se estire. Así, aproximadamente, el campo llena el espacio ya existente sin discutir con su geometría.

Una cucharadita de materia de una estrella de neutrones pesa como una montaña. Pero esta montaña podría tener un gemelo invisible. En el interior de una estrella de neutrones, la materia ordinaria está comprimida a densidades inimaginables. Allí, los protones y neutrones pueden disolverse en una sopa de quarks.

En la oscuridad total de una cámara de vacío flota un diminuto imán. No toca las paredes y apenas pierde energía: un guardián perfecto, listo para captar el más leve empujón. Ese guardián es justo lo que se necesita para cazar axiones. Estas partículas son las principales sospechosas del caso de la masa oculta del universo, a la que llamamos materia oscura.

Una bola de billar choca contra otra. Impacto, y las bolas salen despedidas. Pero si el empujón no es brusco, sino muy suave, las bolas simplemente ruedan juntas sin rebotar. Algo parecido le ocurre a un átomo cuando lo golpea una partícula de materia oscura.

Un océano que impregna todo el espacio permanece invisible para nosotros. Ese océano es la materia oscura, y las olas en su superficie son partículas llamadas axiones. Son tan ligeros y escurridizos que atraviesan la Tierra sin siquiera notarla.

La historia comenzó con un desconcierto: en los años 30, Fritz Zwicky notó que los cúmulos de galaxias se comportaban como si ocultaran una enorme masa invisible.

En lo profundo de la tierra, en Japón, se encuentra un enorme depósito de agua ultrapura. Espera a unos visitantes muy especiales: neutrinos que llegan de explosiones de estrellas lejanas. Estos visitantes son extremadamente raros: a lo largo de los años de observación, el detector Super-Kamiokande registra solo unos pocos eventos.

Una gruesa goma elástica se retuerce cada vez más. En algún momento no aguanta: se rompe y azota a los lados, liberando la energía acumulada. Más o menos así se comportan los campos magnéticos dentro de las estrellas de neutrones, los restos superdensos de estrellas que han explotado.

En los primeros instantes después del Big Bang, el Universo era una sopa hirviente de partículas elementales. Incluso los ligeros neutrinos chocaban entonces activamente con todo lo que había.

La materia oscura aún escapa a la observación directa, aunque su gravedad mantiene unidas a las galaxias. Una hipótesis: está compuesta de axiones, partículas muy ligeras predichas por la teoría.

Si lanzas un puñado de monedas sobre una mesa, caerán al azar. Pero en algunos cristales, los átomos se ordenan en un patrón que recuerda a una cesta tejida: la red kagome. En el metal MgMn₆Sn₆, los átomos de manganeso forman esta red, y a temperatura ambiente actúan como pequeñas agujas magnéticas.

La materia oscura es invisible, pero su gravedad gobierna el movimiento de las galaxias. De qué está hecha es un misterio. Una idea: son partículas ultraligeras, parecidas a los axiones.

En los primeros instantes después del Big Bang, el universo no era un lugar vacío y silencioso, sino que estaba lleno de plasma caliente, partículas y campos magnéticos. Entre esas partículas, posiblemente había axiones, candidatos ligeros y casi invisibles a materia oscura.

Un diminuto superconductor, levitando sobre un imán, es como un corcho en la superficie de un océano invisible. El más leve soplo de materia oscura lo hace temblar. Los científicos analizaron dos tipos de ese «viento».

En el Gran Colisionador de Hadrones, los protones chocan a casi la velocidad de la luz. A veces no se rompen, sino que intercambian fotones, las partículas de la luz. Estos fotones pueden crear un par: una partícula que el detector ve y otra que se escapa sin ser detectada.

El cristal Co2SeO3Cl2 se asemeja a un pastel en capas, donde cada capa es una red de panal curvada de átomos de cobalto. Al enfriarse hasta 25,4 K (−247,75 °C), los momentos magnéticos de los átomos comienzan a alinearse en esta red, como agujas de brújula, pero no todos a la vez, sino en cuatro etapas: a 25,4, 16,8, 11 y 3 K.

El cristal de fosfato de litio y cobalto se asemeja a un tablero de ajedrez, donde las casillas negras y blancas son regiones con direcciones opuestas de los momentos magnéticos de los iones de cobalto. Estas regiones se denominan dominios antiferromagnéticos y, hasta ahora, no era fácil verlos: los métodos convencionales requerían equipos sofisticados o dañaban la muestra.

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.

Un imán que se apila en capas, como una torre de panqueques: así es el material CrSBr. A bajas temperaturas, cada capa está magnetizada, pero las capas vecinas apuntan en direcciones opuestas, y sus campos magnéticos se cancelan entre sí. Este orden se llama antiferromagnético y es frágil: basta con calentar un poco el material para que las capas se desmagneticen.

Una bala que no atraviesa un solo blanco, sino que deja su huella en varias capas de blindaje. Así se comporta aproximadamente la materia oscura superpesada que se ha buscado por primera vez en el detector DarkSide-50.

Un diminuto imán hecho de capas de azufre, cromo y bromo yace sobre la platina de un microscopio. Dentro de él, como invitados inesperados, se encuentran átomos de erbio, un metal de tierras raras. Estos átomos pueden brillar si se iluminan con un láser, y su luz revela lo que sucede a su alrededor.

Cuando se enfría a -272°C, el cristal Fe₄Nb₂O₉ se convierte en un patrón magnético donde las agujas atómicas no se alinean en una sola fila, sino que se abren en abanico. Es como si una multitud se quedara inmóvil, pero cada persona mirara en una dirección distinta, en lugar de mirar la nuca del vecino.

Plomo antiguo, que permaneció en el fondo del mar durante dos mil años, se ha convertido en el corazón de un detector que busca la sustancia más esquiva del universo. Con él se cultivó un cristal transparente de wolframato de plomo de 13 gramos de masa y se enfrió casi hasta el cero absoluto.

Los electrones en un metal son como una multitud en el metro: cada uno va por su cuenta, pero ante el menor empujón todos se mueven a la vez. Los físicos llaman plasmón a esa oscilación colectiva del gas electrónico. En los superconductores, estas oscilaciones son especialmente importantes porque revelan cómo interactúan los electrones entre sí.

El láser de rayos X LCLS-II en California dispara destellos cortos y potentes, como un estroboscopio en una discoteca. Entre destellos quedan pausas oscuras de 26,9 nanosegundos (milmillonésimas de segundo).

La materia oscura es cinco veces más masiva que la materia ordinaria, pero no emite luz. Su naturaleza es desconocida. Uno de los candidatos son los axiones, partículas ultraligeras. Pueden atravesar el planeta de lado a lado, casi sin notar los átomos.

El misterio de la materia oscura fue estudiado ya por Fritz Zwicky y Vera Rubin. Durante mucho tiempo se la imaginó como un armazón frío y pasivo, que solo atraía las galaxias.

Un imán de nevera se sostiene gracias a diminutas agujas internas, cada una como una brújula en miniatura. Si golpeas el metal con un destello de luz ultracorto, esas agujas empiezan a agitarse caóticamente y el magnetismo se derrite en una millonésima de milmillonésima de segundo. Antes, ese 'derretimiento' era demasiado rápido para poder verlo.

La materia oscura es invisible, pero según los cálculos es lo que mantiene unidas a las galaxias. Atrapar sus partículas es como escuchar un susurro en una habitación ruidosa: se necesita un material que responda de forma fuerte y evidente al más mínimo empujón.

Las diminutas agujas magnéticas dentro del cristal de óxido de terbio e iridio se comportan de manera extraña: en lugar de alinearse a lo largo de su eje favorito, se colocan transversalmente. Este estado se forma por completo al enfriar hasta 1,5 kelvin, una temperatura más fría que la del espacio exterior.

En la década de 1930, Fritz Zwicky, al observar el cúmulo de Coma, notó velocidades anómalamente altas en las galaxias: su movimiento indicaba la presencia de una enorme masa oculta que mantenía unido gravitacionalmente al sistema.

Hace un siglo, los observatorios magnéticos registraban solo la lenta respiración del núcleo terrestre. Hoy, sus datos se convierten en territorio de caza para la física de partículas. En el observatorio Eskdalemuir, al norte de Inglaterra, cada centésima de segundo se registran las oscilaciones del campo magnético.

La temperatura de una habitación baja varios grados mientras el refrigerador funciona sin un solo compresor en movimiento. Dentro no hay freón, sino un trozo de metal que se imana y se desimana.