helio-3

El mapa de la materia nuclear densa se asemeja a un mapa de carreteras: las líneas de transición de fase se cruzan en puntos críticos, como las autopistas en los cruces. Hasta ahora, en ese mapa se encontraban dos cruces: la transición nuclear líquido-gas y la de desconfinamiento, donde los hadrones se descomponen en quarks.

Una fina película de nitruro de circonio descansa sobre un sustrato de óxido de magnesio. El espesor es de dos décimas de micra, como una telaraña, pero en su interior hierve una vida cuántica. Al enfriarse a medio kelvin, la superconductividad no desaparece de inmediato: se descompone en raros islotes que aún se mantienen en medio del desorden.

En el interior de los subneptunos, los planetas más abundantes de la galaxia pero en los que no se puede pisar, el magma de silicato y el hidrógeno se mezclan en un único cóctel supercrítico. Antes se pensaba que bajo la densa atmósfera de hidrógeno había un límite nítido con el silicato fundido, como aceite sobre agua.

El neutrón es una partícula que normalmente reside en el núcleo atómico y no desaparece. Pero algunas teorías sugieren que, en ocasiones, podría transformarse en su gemelo invisible: una partícula imposible de detectar con los detectores convencionales.

El átomo de helio es como una cuerda bien tensa: cada nota que emite está estrictamente predicha por la teoría. Pero en los últimos años, las mediciones precisas de una de esas "notas" —la energía necesaria para arrancar un electrón de un átomo de helio excitado— han comenzado a sonar un poco más agudas de lo debido.

Tres bolas de billar tras el impacto se dispersan por la mesa: sus trayectorias dependen solo del impulso inicial. Pero en el mundo de los núcleos atómicos todo es más complejo: las partículas se sienten entre sí en movimiento, incluso si no están ligadas en un todo.

La superconductividad y el campo magnético son enemigos eternos: el campo irrumpe como un torbellino, rompiendo el delicado emparejamiento de los pares de Cooper y destruyendo el orden.

Un alfarero traza un patrón con un cincel afilado sobre una baldosa de arcilla aún húmeda. Un movimiento en falso y la línea se emborrona, la baldosa se agrieta. Algo así es como trabajan los físicos con películas del superconductor de alta temperatura YBCO (un compuesto de itrio, bario, cobre y oxígeno).

Un enjambre de luciérnagas apenas choca entre sí, pero cambia de color sincronizadamente intercambiando señales. Así se comportan los neutrinos en los densos flujos de estrellas en colapso: se transforman colectivamente de un tipo a otro, aunque individualmente interactúan muy débilmente.

Cuando el cometa interestelar 3I/ATLAS se acercó al Sol, su cola resplandeció con un brillo metálico, como si se abriera una lata de conserva llena de níquel y hierro. Al descomponer la luz en colores, los astrónomos detectaron las líneas de estos metales mediante el análisis espectral.

Una cerilla se enciende por ambos extremos. Primero arde la cabeza y, un instante después, la llama envuelve el palito de madera. Algo parecido ocurre quizás en algunas supernovas de tipo Ia, solo que en lugar de una cerilla hay una enana blanca (una estrella del tamaño de la Tierra) y en lugar de fuego, una explosión termonuclear.

En el helio superfluido, la fricción desaparece: el líquido fluye como un arroyo de montaña, pero sin un solo remolino. Un breve pulso láser agitó esta superficie y los científicos, con ayuda de la espectroscopía, captaron las ondas que se propagaban: ondas cuánticas con muchas velocidades.

Un superconductor no deja que el campo magnético penetre en su interior. Pero si el campo es intenso, acaba entrando, no como un flujo continuo, sino en forma de hilos de vórtice individuales, parecidos a pequeños tornados. Dentro de cada hilo, la superconductividad queda destruida, y alrededor fluye una corriente que no se atenúa.

Un suelo de mosaico formado por muchas baldosas pequeñas, giradas en direcciones distintas. Parecería que cualquier patrón que intente atravesar ese suelo debería desordenarse y desaparecer. Así se piensa normalmente del desorden en los cristales: si los átomos no están alineados en una red perfecta, los efectos cuánticos sutiles deberían destruirse.

En una habitación oscura, una linterna solo ilumina lo que cae dentro de su haz. Así, más o menos, estudian los físicos los átomos: un breve destello de luz arranca electrones y, siguiendo sus huellas, se puede entender cómo está hecho el átomo. Pero el helio tiene estados que no entran en el «haz» habitual: se esconden en la sombra.

En el sistema binario Cygnus X-3, en nuestra Galaxia, un agujero negro y una estrella gigante giran tan cerca que la estrella pierde materia, arrastrada por un potente viento. De las cercanías del agujero negro surgen chorros; recientemente, un telescopio captó de ellos fotones que llevan cada uno la energía de un mosquito en vuelo.

Un fluido sin fricción, que fluye eternamente, eso es la superfluidez. El helio-3 la adquiere solo a milésimas de grado por encima del cero absoluto. La teoría de este estado fue desarrollada por Lev Landau y Richard Feynman.

Una hoja de papel cientos de veces más delgada que un cabello humano: aproximadamente así de fina es la película de óxido de vanadio que cultivaron los científicos. Dentro de esta película, los electrones, diminutos portadores de corriente eléctrica, se mueven casi sin colisiones. Como autos en una carretera nocturna vacía, aceleran y no pierden velocidad.

Un bit cuántico es como una peonza que debe girar durante mucho tiempo sin tambalearse. En el germanio, los científicos han aprendido a poner en marcha estas peonzas, pero el suelo siempre tiembla: las interferencias eléctricas perturban el giro.

Un cable normal se calienta cuando lo atraviesa la corriente. Un superconductor, no. Pero casi todos los superconductores conocidos funcionan o a temperaturas muy bajas o bajo presiones enormes, como en el interior de los planetas. Los científicos llevan tiempo buscando un material que evite esos extremos.

La luz en los semiconductores nace de pares de cargas: un electrón y un hueco que se atraen mutuamente, como un imán a la puerta de la nevera. Ese par se llama excitón. Si al par se le añade otra carga, se obtiene un trión: un trío de tres partículas.

La luz que un átomo emite o absorbe es como una huella dactilar: cada elemento tiene su propio patrón de líneas. En el ion de iterbio (un átomo que ha perdido un electrón) se han encontrado tres nuevas líneas que antes no se utilizaban. Estas líneas son muy estrechas, como rendijas finas en una valla a través de las cuales se ve lejos y con nitidez.

El helio sobre grafito se comporta como un acróbata que se desliza por la cuerda floja y, al mismo tiempo, mantiene la postura.

Una lámina de germanano de un átomo de espesor descansa sobre un trozo de germanio, y la corriente fluye por ella como por una autopista sin semáforos. El germanano es una red plana de átomos de germanio cubierta de hidrógeno, primo del grafeno.

Urano y Neptuno desconcertaron a los científicos durante mucho tiempo: sus campos magnéticos están muy inclinados y enredados, muy diferentes a los de la Tierra. La clave estaba en una forma inusual de agua: el hielo superiónico que llena sus profundidades.

La ley descubierta por Wolfgang Pauli prohíbe que partículas idénticas ocupen el mismo lugar. Por eso, en la materia fría surge el mar de Fermi: las partículas, como el agua, llenan los niveles de energía de abajo hacia arriba. La forma de la superficie del mar — incluyendo «islas» de vacíos — dicta las propiedades de todo el sistema.

Los átomos ultrafríos pueden comportarse como un todo. Si en una nube así nace un нейтрино, normalmente se escapa sin ser notado.

En el nuevo procesador Helios, 98 iones de bario giran en una ruta cerrada, como caballitos en un carrusel. Esta arquitectura permite que cualquier ion intercambie datos con cualquier otro, haciendo el sistema flexible y potente. Los pulsos láser, como una batuta de director, dan órdenes a la velocidad de la luz.

Cables comunes: los electrones se empujan, pierden energía, se calientan — eso es resistencia. En los superconductores, parte de los electrones se sincronizan en pares, como bailarines que giran sin chocar. Pero los pares se esconden: no se pueden ver directamente, solo adivinar por su impecable coordinación.

El planeta WASP-121b está tan cerca de su estrella que el calor hace que su atmósfera se evapore y se escape, como las colas de un cometa. Con el telescopio James Webb, los astrónomos observaron por primera vez este proceso de forma continua.

La luz de una galaxia lejana se ha duplicado, triplicado, cuadruplicado, y en el centro ha aparecido un quinto fantasma. Así es HerS-3: una galaxia joven, llena de polvo y estrellas recién nacidas, cuya luz ha atravesado una lente gravitacional, un objeto masivo que curva los rayos como el cristal de una lupa.