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Sintonizar una radio para captar una estación que cambia de frecuencia al cruzar la frontera entre fases: así puede imaginarse el reto que tenían los investigadores. En el metal YbRh2Si2, los electrones se comportan como partículas "pesadas": su masa efectiva es cientos de veces mayor que la del electrón libre.

El cristal de herbertsmithita, parecido a un pastel de capas de cobre y boro, se comporta como una escalera: los espines de cobre se alinean en dos líneas paralelas unidas por travesaños.

Un imán que pesa unas pocas partículas de arena flota en el aire sin ningún soporte. No toca las paredes, no roza con cojinetes: simplemente cuelga en una trampa magnética, como una mota de polvo en un rayo de sol.

En el sur de la India, en la ciudad de Madurai, entre 2018 y 2022 estuvo un peculiar "cazador" de partículas cósmicas: el prototipo mini-ICAL, de 85 toneladas. Es una versión 600 veces más pequeña del futuro detector de neutrinos (esquivas partículas fantasma) que se construirá en las profundidades de la Tierra.

En el anillo de 21 kilómetros de Protvino, en las afueras de Moscú, se planeó alguna vez acelerar protones. Hoy, ese mismo túnel podría albergar una máquina muy diferente: un colisionador de muones. El muón es un pariente pesado del electrón, y ahí reside su fuerza.

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.

Hace casi quince años, el telescopio de rayos gamma Fermi registró unas misteriosas «burbujas» — gigantescos grumos de plasma, como inflados por pulmones invisibles, que se elevan decenas de miles de años luz desde el centro de la galaxia.

Una peonza gira, pero su eje permanece invisible. Más o menos así se comporta el muón, un pariente pesado del electrón. Su espín (rotación interna) cambia de dirección, y solo se puede inferir por cómo se desintegra el muón.

En un enorme anillo de imanes cerca de Chicago, los muones giraban como patinadores en una pista de hielo. Solo que en lugar de música, había un campo magnético, y en lugar de rotación, un apenas perceptible bamboleo del espín. Los físicos llaman a este bamboleo momento magnético anómalo.

Cada segundo, unas cien partículas invisibles atraviesan tu cuerpo: los muones. Nacen en lo alto del cielo cuando los rayos cósmicos chocan con los átomos del aire y caen sobre la Tierra como lluvia. Estas partículas son tan penetrantes que pueden atravesar un edificio de varios pisos, pero al encontrar materia densa, como plomo o uranio, se desvían ligeramente.

El electrón y el muón son migajas magnéticas. Su magnetismo es ligeramente mayor que dos (en unidades especiales), y esta 'fracción excedente' (momento magnético anómalo) surge del constante oleaje en el vacío: pares de partículas que aparecen y desaparecen por un instante.

En lo profundo del detector del Gran Colisionador de Hadrones chocan protones y, por un instante, nace algo pesado. Se desintegra al instante en dos bosones de Higgs, partículas que, como muñecas rusas, esconden en su interior dos pares de quarks b.

En una habitación oscura, una cuenta de vidrio del tamaño de una mota de polvo cuelga de un rayo láser. Debajo hay dos espejos: uno de aluminio y otro de plata. Si cerca pasan axiones —ligeras partículas invisibles que podrían constituir la misteriosa materia oscura—, estos intercambian axiones con los átomos de los espejos y la cuenta se desplaza ligeramente.

Una nube gigante de gas y polvo, tan fría que el calor apenas se percibe, a solo unos grados por encima del cero absoluto. Es TMC-1, en la constelación de Tauro, una de las cunas más oscuras y densas de moléculas en nuestra galaxia.

El bosón de Higgs es como un director de orquesta que otorga masa a todas las demás partículas. Sin él, los electrones no tendrían masa y los átomos se desintegrarían. Pero, ¿cómo interactúa el director consigo mismo? Esta es la pregunta clave que deberá responder el futuro colisionador de muones.

Chocar dos núcleos de plomo en el Gran Colisionador de Hadrones es como lanzarse mutuamente dos bolsas pesadas llenas de canicas. Normalmente las canicas salen disparadas en todas direcciones, pero a veces una bolsa pasa tan cerca que las canicas no chocan, solo se cruzan miradas.

En los enormes aceleradores, las partículas atraviesan los detectores en milmillonésimas de segundo, y para distinguirlas entre sí se necesita un cronómetro de increíble precisión. El nuevo detector µRWELL-PICOSEC actúa como tal cronómetro: captura el momento del paso de una partícula con una precisión de 48 picosegundos, es decir, 48 billonésimas de segundo.

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.

Una carretera circular alrededor del Sol por la que no circulan automóviles, sino paquetes de materia. El diámetro de esta carretera es de años luz: rodea nuestro sistema planetario por su borde exterior, en la nube de Oort, donde aún se siente la débil atracción de la estrella.

En un anillo subterráneo de 27 kilómetros de circunferencia, los protones se aceleran hasta casi la velocidad de la luz y se hacen chocar de frente. En el punto de impacto se recrean por un instante condiciones similares a las de la primera billonésima de segundo tras el nacimiento del Universo.

En las profundidades de la tierra, en una antigua mina de oro en Australia, se encuentra un laboratorio donde el silencio solo se ve interrumpido por raros destellos de luz. Estos destellos son huellas de partículas cósmicas que logran atravesar cientos de metros de roca. Ocho paneles de plástico, parecidos a grandes láminas luminosas, capturan estas partículas.

Los físicos encerraron una nube de átomos de litio entre espejos. La luz rebota en su interior, como en una sala de ecos, forzando a los átomos a emitir sincrónicamente: se produce superradiancia, similar a un coro donde las voces se fusionan en un único estruendo.

En las colisiones de núcleos pesados se genera una bola de fuego compuesta por miles de partículas. Entre ellas se encuentran los piones y los kaones, dos tipos de partículas ligeras muy similares entre sí. Para entender qué ocurre en esa bola de fuego, los físicos necesitan saber con exactitud cuántas partículas de cada tipo han salido.

Un único antiprotón, atrapado y enfriado casi hasta el cero absoluto, se comporta como un diapasón al que hay que golpear con mucha precisión para escuchar un sonido puro. Captar ese «sonido» directamente es casi imposible: la señal es demasiado débil.

En el Gran Colisionador de Hadrones, acelerando partículas a velocidades cercanas a la luz, se producen quarks top, los ladrillos más pesados del modelo estándar. Viven fracciones insignificantes de segundo, pero alcanzan a manifestar complejos vínculos cuánticos.

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.

El quark top es el ladrillo más pesado de la materia conocida, pero la teoría predice un gemelo esquivo, el quark T, que podría ser varias veces más pesado. Para hacerlo visible, los físicos colisionan protones con muones — parientes inestables del electrón.

En una sala subterránea de Fermilab se encuentra un enorme tanque de argón líquido, un líquido transparente a una temperatura de menos 186 grados. Cuando una partícula invisible, el neutrino, entra en el tanque, a veces choca con un núcleo de argón y se produce un breve rastro de partículas cargadas.

El muón es el hermano pesado del electrón, que vive solo dos millonésimas de segundo. En un campo magnético gira como una peonza, pero un poco más rápido de lo que predicen las fórmulas. Hace veinte años, en Brookhaven, notaron ese 'un poco más rápido', y desde entonces los físicos han debatido: o los instrumentos mienten, o en el vacío se esconden partículas desconocidas.

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.

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.

Imagine una membrana tensada como la piel de un tambor. Esta capta dos señales a la vez: ondas gravitacionales — el temblor del propio espacio — y las esquivas partículas de materia oscura.

Dos electrones en un tubo estrecho no quieren estar cerca. Ambos tienen carga negativa y se repelen, como dos imanes con polos iguales enfrentados. Si el tubo es muy delgado, no pueden separarse lateralmente; solo les queda alinearse uno detrás del otro. Los físicos llaman a esto localización de Wigner: las partículas ocupan posiciones fijas, como cuentas en un hilo tenso.

El muón es un diminuto trompo que gira en el turbulento mar del vacío. Su eje magnético apunta ligeramente desviado de lo que predice el Modelo Estándar. La desviación es de apenas unas millonésimas, pero para los físicos es todo un enigma. El vacío no es una calma muerta.