isótopo

Dentro del núcleo atómico, los protones y neutrones no están quietos, como guisantes en un frasco. Cada partícula ocupa su propia órbita: una región del espacio donde se la puede encontrar. Cuanto mayor es la órbita, más "difusa" está la partícula.

El núcleo atómico no es un saco de canicas, sino una estructura ordenada donde los protones y neutrones llenan capas, como los electrones en el átomo. Cuando una capa se llena, el núcleo se vuelve especialmente estable, y al número de partículas se le llama mágico. Para el calcio, con 20 protones, los números mágicos clásicos de neutrones son 20 y 28.

El núcleo atómico no siempre es redondo, como una bola de billar. Algunos núcleos se alargan con forma de balón de rugby, mientras que otros se vuelven parecidos a una pera, con un extremo más grueso que el otro.

El núcleo de un átomo suele imaginarse como una esfera densa donde protones y neutrones están mezclados. Pero en algunos isótopos, los neutrones pueden sobresalir mucho más allá de esa esfera, formando una capa difusa: un halo de neutrones. Esto ocurre sobre todo en núcleos con muchos más neutrones que protones.

Un cristal de óxido de cobre parece una piedrecita de color rojo oscuro. Pero basta con que incida en él un pulso láser corto para que en su interior nazcan pares: un electrón y un «hueco», el lugar donde falta un electrón.

El núcleo de uranio-235 que ha capturado un neutrón lento no se desintegra de inmediato en fragmentos. Primero, parece quedarse atrapado en dos 'pozos': estados con formas diferentes. El primero, el fundamental, es una gota ligeramente alargada. El segundo, el isomérico, es una gota más estirada, pero aún sin romperse.

En física nuclear, un enigma llevaba tiempo sin resolverse: ¿por qué entre los elementos más ligeros que el bismuto solo el tecnecio (n.º 43) y el prometio (n.º 61) no tienen ni un solo isótopo estable? Todos sus vecinos en la tabla periódica pueden presumir de al menos una variante de larga vida, pero estos dos parecen escapar a la regla general.

En una habitación silenciosa se puede oír hasta el susurro más débil. Así, en el átomo de hidrógeno, el más ligero de todos, es más fácil notar a un invitado no deseado. Ese invitado podría ser el bosón Z', una partícula mediadora de una nueva fuerza que predicen muchas teorías de unificación. El modelo estándar ya tiene su propio mediador: el bosón Z.

En física nuclear reinó durante mucho tiempo la convicción de que dos neutrones no pueden formar un estado ligado: se atraen demasiado débilmente y se dispersan de inmediato. Sin embargo, en la superficie de los núcleos ricos en neutrones, donde la densidad de la materia cae a milésimas de la nuclear normal, la situación cambia radicalmente.

El núcleo atómico se parece a un autobús lleno de gente. Para liberar espacio, un grupo de dos protones y dos neutrones —el núcleo de helio, la partícula alfa— sale por la puerta delantera: es la desintegración alfa, descrita por George Gamow como un túnel bajo la barrera de energía.

El núcleo atómico no es una bola de billar, sino más bien una nube brumosa que cambia constantemente de contorno. Los protones y neutrones en su interior están en continuo movimiento, y el núcleo puede adoptar las formas más diversas: alargado, achatado o con forma de pera.

El núcleo atómico no es una esfera monolítica, sino un enjambre denso de partículas diminutas, los quarks, pegados con un pegamento especial (la interacción fuerte).

Normalmente, los isótopos se separan aprovechando la diferencia en el peso del núcleo. Es una diferencia diminuta, como si clasificáramos granos de arena que se distinguen por una centésima de milímetro. El nuevo método no se fija en el peso, sino en la rotación del núcleo: su espín.

Dos núcleos de estaño chocan a una velocidad de aproximadamente dos tercios de la velocidad de la luz. Por un instante se forma una nube densa y caliente de la que salen protones en todas direcciones. Si se capturan pares de protones y se mide con qué frecuencia salen en la misma dirección, se puede calcular el tamaño de esa nube.

Un cristal ordinario es como un edificio de apartamentos: los electrones se mueven por pasillos y escaleras comunes, influyéndose unos a otros a través de las paredes. Ahora quitemos todas las paredes y dejemos una sola línea de apartamentos.

Cada molécula es como un juego de construcción de átomos: las mismas piezas pueden ensamblarse de maneras distintas. Dos ensamblajes con el mismo conjunto de átomos pero diferente geometría se denominan isómeros. Si uno se obtiene del otro por una simple rotación alrededor de un enlace, se trata de confórmeros, como un brazo doblado y uno estirado.

Cuando un panadero amasa la masa, por los granos de harina se puede saber de qué molino proviene. Lo mismo ocurre con la Tierra: la composición del hierro en sus profundidades guarda memoria de dónde nacieron los fragmentos que formaron el planeta.

Un electrón en un átomo es como una nota en una cuerda: tiene un conjunto de energías permitidas, y la tarea del físico es encontrar esas notas. Normalmente, para ello se divide el espacio alrededor del núcleo en pequeños trozos y se calcula cómo se comporta el electrón en cada uno. Cuanto más pequeños son los trozos, más preciso es el resultado.

El núcleo de un átomo no siempre es redondo. Puede estirarse como un melón o achatarse como una calabaza. Y de esa forma depende su tamaño, igual que del tamaño de la masa depende el tamaño del pastel. Los científicos calcularon la forma y el tamaño de los núcleos de los isótopos de berkelio, un elemento pesado que se obtiene en reactores.

El núcleo atómico no es una bolita estática, sino un colectivo burbujeante de protones y neutrones. Giran, chocan y se organizan en patrones que los físicos ven como "bandas": escaleras de niveles de energía. En los núcleos de niobio y tecnecio se han encontrado cuatro de estas escaleras, pero la última se resistía obstinadamente a encajar en los cálculos.

En el interior de una estrella moribunda, antes de la explosión de la supernova, tienen lugar reacciones nucleares que determinan qué elementos químicos se dispersarán por el cosmos.

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.

El núcleo atómico normalmente vive en un solo estado energético, como una pelota en el suelo. Pero el torio-229 tiene una rara excepción: el núcleo puede quedarse atascado en un pequeño escalón sobre el suelo, en el llamado estado isomérico. Este escalón es tan bajo que se puede alcanzar con luz ordinaria, no con radiación dura.

Cada año, solo en Estados Unidos, los médicos realizan más de 16 millones de exploraciones con el isótopo radiactivo tecnecio-99m. Ilumina en las imágenes el corazón, los huesos, los pulmones, ayuda a encontrar un tumor o a comprobar el flujo sanguíneo.

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 el núcleo de un átomo, los neutrones no están sujetos con la misma fuerza. Si los arrancas uno a uno, como hojas de una col, la energía de arranque es diferente cada vez. Para isótopos con 149 partículas en el núcleo (lantano, cerio, praseodimio), esta energía se ha vuelto a medir recientemente —y una cifra no coincidió con la anterior.

Cuando un neutrón extra entra en el núcleo de un átomo, este se comporta como una taza desbordante: un poco más y el contenido se derrama. Físicos del centro francés GANIL organizaron esa "transferencia" de un neutrón desde un deuterón (el núcleo del hidrógeno pesado) hasta el núcleo del oxígeno-19. Como resultado, se formaba un núcleo de oxígeno-20, con un neutrón de más.

En las profundidades de las estrellas, los núcleos ligeros se fusionan, dando lugar a helio y flujos de neutrones. En la Tierra, este proceso se reproduce combinando deuterio y tritio, isótopos especiales de hidrógeno.

La luz está compuesta de porciones: fotones. Max Planck fue el primero en comprender que la luz se emite en cuantos. Hoy en día, se pueden dirigir fotones individuales. Cuando un fotón así se encuentra con un obturador rápido, no se puede cortar, no existe el medio fotón.

Los átomos, como un enjambre de luciérnagas, brillan al unísono. Cuando destellan simultáneamente, la luz se amplifica enormemente: cien átomos brillan diez mil veces más que uno solo. Los físicos han convertido este truco en un motor térmico. Un motor común necesita una fuente caliente y otra fría, pero aquí los átomos funcionan solo con una fría.