física de partículas

En el Gran Colisionador de Hadrones se hacen chocar protones, y entre los escombros a veces aparece una partícula pesada: el barión lambda. Vive una fracción diminuta de segundo y se desintegra en otras partículas.

El Universo resonó intensamente en sus primeros instantes. En la era de la inflación, cuando el espacio se expandía más rápido que la luz, las energías eran monstruosas — billones de veces mayores que en el Gran Colisionador de Hadrones.

En 1981, Alan Guth propuso el escenario de la inflación cosmológica —una expansión vertiginosa del espacio que estiró las fluctuaciones cuánticas hasta el tamaño de galaxias enteras. Desde entonces, los cosmólogos, como arqueólogos, excavan este evento a través de las estructuras del Universo.

Entender el efecto fotoeléctrico —cuando la luz arranca electrones de un material— es como aprender a cocinar sin receta. Las herramientas digitales vienen al rescate: los juegos dan intuición, las simulaciones, precisión.

El fin del universo no es simplemente oscuridad. Si la energía oscura lo desgarra en pedazos o si se contrae de nuevo en un punto, como un Big Bang al revés, se produce una singularidad: el momento en que la física convencional falla. Durante mucho tiempo se creyó que en ese incendio cósmico todo desaparecía.

El modelo estándar es el conjunto de reglas para todas las partículas conocidas. Pero guarda silencio sobre la materia oscura, que constituye una cuarta parte del universo. Para encontrarla, no hace falta construir colisionadores del tamaño de una ciudad.

Una red neuronal entrenada con colisiones de protones y electrones transfirió sus habilidades a un experimento completamente diferente: la captura de neutrinos. Como un cocinero que aprendió a preparar cocina francesa y luego, sin preparación, hornea un excelente plov uzbeko.

En el Gran Colisionador de Hadrones, los protones chocan entre sí como dos camiones cargados de confeti. Los fragmentos —decenas de nuevas partículas— salen despedidos en todas direcciones. El detector registra sus huellas, y entonces comienza el trabajo principal: reconstruir a partir de esas huellas la imagen completa de la colisión.

En el acelerador de partículas de Pekín se hacen colisionar electrones con positrones, y por un instante nace una partícula llamada eta-sub-c. Vive una fracción diminuta de segundo y se desintegra en otras partículas. Uno de los caminos más raros es desintegrarse en dos fotones, las partículas de luz. Hasta ahora nadie podía decir con exactitud con qué frecuencia ocurre esto.

En el detector BESIII, las partículas representan una obra de teatro: chocan, nacen y se desintegran, dejando destellos de luz. Pero a veces un actor puede salir del escenario sin ser visto, por una puerta secreta que las cámaras no captan. Los físicos buscaban precisamente esas desintegraciones "silenciosas", en las que una partícula se convierte en algo invisible para los instrumentos.

La huella de una partícula de vida corta se asemeja a una firma dejada en el detector. La partícula nace y se desintegra en un instante, pero por su rastro se puede reconstruir su carácter: compacta como una piedra o difusa como una bola de nieve. A esto precisamente está dedicado el trabajo: los autores proponen una nueva forma de leer tales firmas.

En el instituto húngaro de investigación nuclear ATOMKI, los físicos notaron algo extraño: en las desintegraciones de núcleos atómicos excitados, a veces se producen pares de electrones y positrones que se separan con un ángulo inusual. Como si entre ellos se escondiera una partícula mediadora invisible que aparece y desaparece por un instante.

El haz de electrones golpea el protón como una bola de billar a otra. Pero entre ellos no hay vacío: las partículas alcanzan a intercambiarse fotones virtuales y bosones Z, como jugadores que se pasan el balón por la espalda.

Sobre la mesa hay una película de goma fina. Alguien la toma por el centro y tira lentamente hacia arriba. La película no se limita a elevarse: se abomba formando un domo, y luego por el borde del domo corren arrugas, como los pliegues de una falda. Si se sigue levantando, las arrugas se agrupan en pliegues grandes que cruzan toda la película.

La luz golpea una placa metálica y de ella salen electrones. Eso es el efecto fotoeléctrico, y solo funciona si la luz tiene energía suficiente para superar el umbral que mantiene a los electrones dentro.