analogía de transición de fase

El plasma es un gas en el que los electrones se han separado de los átomos y se mueven libremente. A veces, en ese gas, surgen espontáneamente regiones donde casi no hay electrones: se les llama agujeros. Como si en una corriente de agua apareciera un remolino que atrae todo lo que está alrededor. Pero cómo nace exactamente ese remolino ha sido durante mucho tiempo un misterio.

El grafeno, una lámina de carbono de un átomo de espesor, puede cambiar sus propiedades magnéticas como el agua cambia de forma: ora fluye, ora se congela en hielo. En el nuevo trabajo, los físicos han mirado por primera vez dentro de este proceso con un sensor del tamaño de la punta de una aguja.

Un agujero negro no permanece en silencio. Tras una perturbación, suena como una campana, y ese sonido son sus modos cuasinormales (oscilaciones amortiguadas).

En una sala enorme hay bolas de billar esparcidas. Al principio están dispersas, cada una por su cuenta. Luego alguien añade más, y de repente las bolas se comprimen en grupos densos. Esto es una transición de fase: el momento en que la materia cambia bruscamente de estado.

El agua se convierte en hielo a cero grados: de golpe, sin estados intermedios. Algo parecido ocurre con la complejidad cuando tomamos un estado cuántico aleatorio de un sistema completo y miramos solo una parte. Mientras esa parte ocupa menos de la mitad del sistema, su complejidad crece suavemente. Pero en cuanto la proporción supera el 50%, se produce un salto.

Agua hirviendo en una olla: por ahí hay que empezar. Las burbujas de vapor suben, estallan y la superficie se calma. Más o menos así, en los primeros instantes de la vida del universo, podría haberse comportado un campo especial que llenaba el espacio: en él se inflaban y chocaban burbujas de una nueva fase, como islotes de vapor en un líquido.

Un agujero negro no es un objeto muerto. Tras una perturbación, como la fusión con otro agujero, resuena como una campana. Ese tañido no es solo un sonido, sino un conjunto complejo de oscilaciones amortiguadas que se denominan modos cuasinormales.

Un agujero negro no es una aspiradora eterna. Se evapora lentamente, irradiando energía y, junto con ella, como creen los físicos, debe devolver la información tragada. Pero, ¿cuándo exactamente comienza a suceder esto? La respuesta la da la llamada curva de Page: un gráfico que muestra cuánta información el agujero ya ha devuelto y cuánta aún retiene en su interior.

Cuando una estrella masiva agota su combustible, su núcleo colapsa bajo su propio peso. En su interior se forma un agujero negro: una región donde la gravedad es tan fuerte que ni siquiera la luz puede escapar. Durante mucho tiempo se pensó que en el mismo centro se escondía un punto de densidad infinita: la singularidad.

En el caldero ardiente del universo temprano, el vacío, como un líquido sobreenfriado, podía burbujear con una nueva fase. Durante mucho tiempo, los físicos depositaron sus esperanzas en estas burbujas como fuente de agujeros negros primordiales (ANP) — candidatos ideales a materia oscura.

El agua en una tetera, mientras hierve, se divide claramente en líquido y vapor. Pero bajo una presión enorme, la frontera desaparece: la sustancia entra en un estado supercrítico, ni una cosa ni la otra, sino algo intermedio. Los agujeros negros también pueden hacer esto.

En el centro de un agujero negro se encuentra la singularidad, un punto donde el espacio-tiempo se comprime infinitamente. Los agujeros negros pueden cambiar de estado, similar a cómo el agua se congela o hierve. Normalmente estos cambios se notan por el comportamiento del entorno del agujero.

Un agujero negro no es del todo negro. De su horizonte se filtra constantemente una débil radiación térmica, como el vapor de una taza que se enfría. La temperatura de ese vapor depende de la gravedad en la superficie.

Un agujero negro que casi ha dejado de absorber materia se parece a una tetera que empieza a hervir: por fuera todo está en calma, pero por dentro bullen procesos invisibles. Los físicos se han asomado a este mundo fronterizo, donde el espacio y el tiempo ya no obedecen las reglas habituales.

Dos actores en el mismo escenario. Uno es el fermión, caprichoso y exigente, difícil de hacer que siga las reglas del simulador cuántico. El otro es el bosón, dócil y sin pretensiones, dispuesto a ocupar cualquier lugar. El director espera que el público no note el cambio.