argón líquido

Una esfera de aluminio del tamaño de un globo terráqueo grande se sitúa en un haz de neutrones y responde a cada impacto con una nota precisa. Dentro de la esfera no hay nada más que nitrógeno y once pequeñas esferas de acero, cada una del tamaño de la cabeza de un alfiler.

La materia oscura es el andamiaje invisible del universo. Sabemos que existe, lo deducimos por el movimiento de las estrellas y las galaxias, pero de qué está hecho ese andamiaje, aún no se sabe. Una de las hipótesis son las partículas ultraligeras, similares a los axiones.

A las nueve de la mañana, el detector DarkSide-50 a 1400 metros bajo el monte Gran Sasso registra un débil pulso de ionización. A las once de la noche, la frecuencia de estos eventos disminuye notablemente. No es un fallo electrónico ni una variación estacional del fondo.

La mano invisible de la materia oscura comprime las galaxias en un abrazo gravitatorio, pero su naturaleza ha eludido la comprensión durante casi un siglo.

La espectroscopía siempre ha sido una forma de escuchar lo inaudible. Ya en el siglo XIX, Johann Balmer descifró las líneas ordenadas del hidrógeno, una simple armonía numérica que anticipó la teoría cuántica.

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.

La historia comenzó hace casi un siglo, cuando Edwin Hubble demostró que las galaxias se alejan, y Fritz Zwicky y Vera Rubin comprendieron después que para explicar sus movimientos era necesaria una masa invisible: la materia oscura.

En un caluroso mediodía, un bochorno sofocante se cierne sobre la ciudad y en el horizonte no hay ni una nube. Normalmente, con este tiempo solo queda esperar a que la naturaleza se apiade y envíe un poco de frescor. ¿Y si pudiéramos encender la sombra y la lluvia según un horario, como la luz de una habitación?

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.

Un electrón que vuela a través de un gas se parece a un nadador que intenta cruzar una piscina muy concurrida. Cada colisión con un átomo cambia su rumbo y su velocidad. En el argón denso, hay tantas colisiones que la descripción simple deja de funcionar.

En lo profundo de una mina canadiense hay un barril con 3269 kilogramos de argón líquido, un líquido transparente parecido al agua muy fría. Este barril es el detector DEAP-3600, y su misión es atrapar partículas de materia oscura, que se cree que impregnan el universo pero apenas interactúan con la materia ordinaria.

Los neutrinos son partículas diminutas que atraviesan la Tierra casi sin notarla. En el experimento MicroBooNE se capturan en un tanque de argón líquido. Cuando un neutrino choca con un núcleo de argón, se producen un electrón y protones, como salpicaduras de una piedra lanzada al agua.

En los Alpes suizos hay un profundo pozo vertical que desciende 800 metros, como dos rascacielos puestos uno encima del otro. Cerca pasa un túnel ferroviario, y los trenes retumban allí todos los días. Pero dentro del pozo reina la calma, como en una biblioteca de noche.

En el espesor del hielo antártico, a una profundidad donde no llega la luz del sol, cuelgan antenas. No escuchan sonidos, sino ondas de radio, y esperan la señal de una partícula que es casi imposible de atrapar. El neutrino atraviesa la Tierra como una bala atraviesa la niebla, pero a veces, muy raramente, roza un átomo de hielo.

En la oscura cámara del detector, el argón espera. Cuando una partícula invisible lo atraviesa —por ejemplo, una candidata a materia oscura—, empuja ligeramente el núcleo de un átomo de argón. El núcleo se desprende de su lugar y a su alrededor se generan cargas. Cuántas cargas exactamente no es una pregunta trivial: por su número, los físicos deducen qué visitante ha pasado.

El detector MicroBooNE es un gran tanque de argón líquido que atrapa partículas que lo atraviesan. Cuando una partícula pasa, deja un rastro de carga y un destello de luz. Estos rastros se combinan en una imagen tridimensional del evento, como si la partícula dibujara su camino en un cubo transparente.

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.

La materia oscura es invisible, pero se puede atrapar en el rebote. El hidrógeno incrustado en una película de carbono actúa como una bola de billar: cuando una partícula de materia oscura lo golpea, el protón sale disparado. Esa salida es la señal que se busca.

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.

En una mina a dos kilómetros de profundidad, bajo la roca canadiense, hay un barril con tres toneladas de argón líquido. El argón está enfriado a menos ciento ochenta y seis grados y es transparente como el agua.

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.

En el centro de muchas galaxias se esconde un agujero negro — un objeto predicho en las soluciones de las ecuaciones de Karl Schwarzschild. A su alrededor se extiende una corona ardiente: una región de plasma tenue calentado a miles de millones de grados.

En una habitación oscura hay un tanque con argón líquido. A veces, una partícula invisible lo atraviesa, choca con el núcleo de un átomo y en el líquido se enciende una luz débil. Con ese destello, los físicos intentan averiguar qué visitante ha llegado.

Tres ramas de la física —cosmología, física de partículas y física nuclear— han trabajado durante siglos como orillas aisladas.