identificación de partículas

En lo profundo de la montaña, donde los muones de los rayos cósmicos quedan amortiguados por el espesor de la roca, hay un detector que no capta la luz, sino su ausencia. El positronio es un átomo diminuto en el que un electrón y su antipartícula, el positrón, giran uno alrededor del otro como una pareja de bailarines.

Imagina una cinta transportadora por la que cada segundo pasan 30 millones de paquetes, y un controlador debe decidir al instante qué hay dentro: ¿carga valiosa o basura? En el Gran Colisionador de Hadrones, esa cinta es el disparador del experimento LHCb, que selecciona desintegraciones raras de partículas entre miles de millones de colisiones.

Una olla de sopa hirviendo burbujea, y uno quiere saber qué tan calientes están las gotas individuales en su interior. Pero el termómetro solo se puede sumergir en el borde, donde ya no hay tanta efervescencia.

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.

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.

Dentro de cada átomo vive un protón. Durante mucho tiempo se lo consideró eterno, como la propia materia. Pero las teorías que unifican todas las fuerzas de la naturaleza predicen que, tarde o temprano, el protón se desintegrará. La pregunta es cuánto tiempo hay que esperar.

En el Gran Colisionador de Hadrones chocan protones y del destello nacen decenas de partículas. Entre ellas pueden estar las huellas de procesos raros, como la desintegración del bosón de Higgs en dos bosones W. Pero estas partículas se dispersan tan rápido que sus huellas se funden en un único chorro ancho.

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 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.

Las zeolitas, minerales porosos, funcionan como esponjas diminutas con orificios de un tamaño estrictamente definido. A través de esos orificios pasan moléculas de un tipo y se quedan atrapadas otras; así funcionan la purificación del agua, la separación de gases y la catálisis en la petroquímica.

En un tanque de agua pura, las partículas que viajan más rápido que la luz en ese medio dejan destellos azulados, como un avión que rompe la barrera del sonido genera un trueno. Con esos destellos se puede saber qué visitante ha pasado: un cuanto gamma o un neutrón. La tarea no es trivial: en fronteras y almacenes hay que distinguir rápidamente una carga radiactiva inofensiva de un material apto para armas.

En una habitación oscura se puede notar un débil resplandor azul alrededor de algunas fuentes de radiación. Es la luz de Cherenkov: aparece cuando una partícula cargada atraviesa un medio más rápido de lo que la luz se propaga en él. Se forma una onda de choque luminosa, parecida al estampido sónico de un avión supersónico, pero hecha de fotones.

Muchas moléculas, como los aminoácidos, son como notas musicales: sus versiones izquierda y derecha suenan casi igual, pero la diferencia es crítica. Una cura, la otra es veneno. Captar esta diferencia se ve obstaculizada por un ruido inevitable, como en una habitación donde un ventilador funciona ruidosamente.