kiloelectronvoltio

El misterio de la principal ruptura en el espectro de los rayos cósmicos galácticos — la rodilla a 3 PeV — persistió durante casi un siglo.

Cuando dos partículas vuelan casi a la misma velocidad y en la misma dirección, sus señales en el detector se funden, como dos voces al unísono. Distinguir un dúo de un solista es todo un arte.

En el sótano de un laboratorio en Jyväskylä hay una trampa que mantiene un único átomo suspendido, como un mago sostiene una bola en la punta del dedo. El átomo de estaño-113 es inestable: tarde o temprano captura uno de sus electrones y se convierte en indio-113, emitiendo una partícula esquiva: el neutrino. Cuánta energía se libera en este proceso, antes solo se sabía de manera aproximada.

El tritio radiactivo se desintegra y expulsa un electrón. Su energía es casi siempre la misma, pero a veces es un poquito menor. Ese 'déficit' podría significar que, junto con el neutrino ordinario, nació otra partícula oculta. El modelo estándar describe tres tipos de neutrinos, pero los científicos sospechan que hay un cuarto: el estéril.

El kaón es una partícula longeva según los estándares del micromundo: vive milmillonésimas de segundo antes de descomponerse en partículas más ligeras. En el experimento KOTO en Japón se capturan las variantes más raras de esta desintegración.

En una cámara oscura, donde la temperatura está solo cuatro grados por encima del cero absoluto, reposa un cristal de zafiro del tamaño de un grano de arroz. Cuando un neutrino —una partícula fantasma que apenas interactúa con la materia— lo atraviesa, el cristal se estremece y se calienta una fracción insignificante de grado.

La molécula de agua se parece a una diminuta mancuerna: dos átomos de hidrógeno se unen a un átomo de oxígeno formando un ángulo. Esa mancuerna no se queda quieta: se estira, se comprime y rota. Cada uno de esos movimientos tiene su propia energía, como los peldaños de una escalera.

Un flujo de electrones se puede comparar con el haz de un puntero láser: si diverge, la mancha en la pared se extiende rápidamente. En el laboratorio, los físicos han creado un haz tan estrecho que permanece fino a gran distancia, como el de un buen puntero.

Los rayos gamma son los destellos de luz más energéticos que nacen en las profundidades de los átomos. Su energía es como una huella dactilar: cada elemento radiactivo tiene su propio patrón. Pero medir ese patrón con alta precisión es como pesar un grano de arena en una balanza colocada sobre un camión que vibra.

Los mensajes comunes son interceptados sin que nadie se dé cuenta. Los físicos idearon una manera de crear un secreto compartido que se rompe instantáneamente al ser observado. En lugar de papel, partículas individuales de luz (partículas).

En una cubeta del tamaño de una moneda, la luz se comporta como el agua: se condensa en un único fluido cuántico. Cuando se le añade energía, en ese fluido se forman espontáneamente remolinos: los vórtices cuánticos. Cada vórtice es como un pequeño torbellino que no puede desaparecer sin más. Los físicos iluminaron este fluido con un láser y tomaron instantáneas.

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 un laboratorio tranquilo, sobre una mesa, hay un dispositivo del tamaño de un microondas. Dentro, una bobina se desliza suavemente hacia arriba y hacia abajo mientras un ordenador registra las señales eléctricas. Así es la versión de sobremesa de la balanza de Kibble, un aparato que vincula la masa con las constantes cuánticas.

Una linterna brilla a través de la niebla y su luz cambia ligeramente de color. Por este cambio se puede deducir de qué está hecha la niebla. Así estudian los astrónomos el gas frío alrededor de las fuentes de rayos X: los átomos de hierro en ese gas absorben y reemiten rayos X a una energía estrictamente definida, como una huella dactilar.

La luz incide sobre una placa de silicio y en ella nace un único electrón. Un instrumento común no lo notaría: la señal es demasiado débil. El nuevo detector no solo lo oye, sino que determina su energía con una precisión de 589 milielectronvoltios. Es como distinguir los pasos de una hormiga a la distancia de un brazo extendido.

Momento dipolar medido del tantalio-181: 3,39 × 10⁻³² e·cm — como notar un desplazamiento de un átomo a la escala del Sistema Solar. Un núcleo atómico normal está perfectamente equilibrado, como un trompo giratorio.

Sobre la superficie especular del helio superfluido, enfriado a 7 milikelvin, un electrón solitario danza un vals perfecto con un fotón de microondas.

En Jefferson Lab, los electrones se aceleran hasta 12 GeV y chocan contra protones para arrancarles sus secretos. Pero los detectores actuales se parecen a cámaras con un campo de visión estrecho: o ves mucho pero borroso, o ves nítido pero solo un pedacito.

En el puerto tranquilo de la Burbuja Local —una cavidad de gas caliente y enrarecido alrededor del Sol— ha retumbado recientemente una explosión. Una supernova estalló a decenas de pársecs de nosotros, y su eco aún resuena en los alrededores, alterando el panorama de los rayos cósmicos.

Muy por encima de la Antártida, un globo aerostático elevó un instrumento que capturaba electrones del espacio. Estas partículas llegan desde lejanas explosiones estelares y otros eventos de gran energía. El instrumento medía su energía, como si fuera la fuerza del impacto. Y en un cierto rango de energías, los impactos resultaron ser más numerosos de lo que predecían los cálculos.