detector de radiación

Cuando una partícula alfa atraviesa un gas, no deja tras de sí una estela continua, sino una cadena de ionizaciones individuales: pequeños destellos en los que los electrones se desprenden de los átomos. En una célula viva, estos destellos dañan el ADN, y cuanto más densamente se agrupan en un ovillo, más grave es el daño.

En el cristal laminar CrSBr, los momentos magnéticos de los átomos están alineados como notas en una partitura: dentro de cada capa apuntan en la misma dirección, y entre capas, en direcciones opuestas. Esta melodía antiferromagnética suena hasta 132 kelvin, y más allá, el movimiento térmico destruye el orden.

En el final de la vida de una estrella masiva, su núcleo colapsa en fracciones de segundo, dando origen a un destello de supernova. Este cataclismo sacude el propio espacio-tiempo: emite ondas gravitacionales, ondas que atraviesan el Universo.

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.

Dos micrófonos sensibles escuchan el universo. Uno oye un zumbido grave, el otro casi nada. No es que estén averiados, sino cómo están orientados. Los observatorios de ondas gravitacionales como LIGO no solo captan los estallidos fuertes de las fusiones de agujeros negros.

Los detectores de materia oscura son, en esencia, micrófonos de sensibilidad increíble, capaces de oír un susurro en medio del estruendo de un concierto de rock. Su tarea es captar los raros empujones de las hipotéticas partículas de materia oscura que, se cree, chocan ocasionalmente con los núcleos de la materia ordinaria.

La ionosfera a una altura de 70 kilómetros funciona como un espejo gigante para las ondas de radio. Las antenas terrestres le envían constantemente una señal y escuchan su reflejo.

En 1987, los astrónomos vieron el destello de una supernova en una galaxia vecina: la Gran Nube de Magallanes. Fue un regalo poco común: la explosión ocurrió lo bastante cerca como para captar no solo la luz, sino también los neutrinos (partículas casi imposibles de detectar que atraviesan la Tierra de lado a lado).

Una partícula alfa es un núcleo de helio que sale despedido durante la desintegración de átomos pesados. Al entrar en un cristal de nitruro de galio, le transfiere su energía y genera un pulso eléctrico. Por la altura del pulso se puede saber cuánta energía tenía la partícula.

Los detectores convencionales de materia oscura se parecen a un portero de fútbol que espera un disparo potente, pero el balón apenas rueda. Las partículas invisibles que llenan nuestra galaxia a menudo se mueven demasiado despacio para que los sensores sensibles las noten.

Un láser impacta un fragmento de roca de otro planeta. La piedra se evapora y el instrumento captura las partículas dispersas y las clasifica por peso.

Dentro de un finísimo hilo de polímero se encuentran atrapados cristales microscópicos llamados centelladores. Cuando una partícula radiactiva invisible choca contra ellos, estos centellean por un instante, como luciérnagas. Un sensor sensible detecta cada destello, convirtiendo el hilo en un detector flexible.

Una antena común capta ondas de radio, pero hay campos que casi no percibe. Hablamos de campos eléctricos lentos, aquellos que cambian una vez por segundo o menos. Para ellos, los físicos han construido un sensor a partir de un haz de átomos de rubidio.

El agua corriente en un vaso es transparente y tranquila. Pero si le añades diminutos puntos de carbono hechos con azúcar y ácido cítrico en un microondas normal, el agua empieza a brillar cuando una partícula cargada la atraviesa.

El espectro de radiación gamma se asemeja a una empalizada: cada línea es la energía exacta que el núcleo entregó en forma de fotón. Pero a veces en esa empalizada aparecen "fantasmas": líneas débiles desplazadas en la misma cantidad respecto a las principales.

Una diminuta esfera de vidrio flota en un haz láser, como una mota de polvo en la luz del sol. Dentro de ella hay plomo radiactivo que, de vez en cuando, se desintegra. Cada desintegración expulsa partículas cargadas, y la esfera pierde o gana una carga eléctrica minúscula.

Una computadora cuántica es como una orquesta, donde cada cúbit es un músico que toca su parte. Pero de vez en cuando irrumpe un rayo cósmico en la sala, y el violinista se sobresalta y pierde el ritmo. Estas partículas del espacio profundo atraviesan el chip, expulsan electrones extra y estropean la frágil música cuántica.

Un sensor de radiación en la ciudad se parece a un músico callejero: debe dar las notas correctas incluso cuando los dedos se entumecen por el frío o el sol calienta el instrumento.

En la epilepsia, el médico ajusta la dosis del fármaco casi a ciegas. Si es demasiado baja, las convulsiones continúan; si es demasiado alta, aparecen efectos secundarios. Normalmente, la sangre del paciente se envía al laboratorio y el resultado llega en uno o dos días. Ahora, el mismo análisis se puede hacer en un diminuto chip de silicio.

En los laboratorios subterráneos donde se busca materia oscura o doble desintegración sin neutrinos, los detectores están rodeados de silencio. Pero incluso en ese silencio, el polvo radiactivo se posa imperceptiblemente en sus paredes. Una de las fuentes es el radón, un gas invisible que se filtra desde las rocas.

El detector de materia oscura es como una habitación donde intentan escuchar un susurro, mientras cerca crepita la electricidad estática. Este crepitar lo producen los átomos de radón, un gas radiactivo que se filtra de los materiales y del aire.

En un detector de materia oscura, el gas actúa como una película fotográfica: una partícula que lo atraviesa deja un rastro de electrones libres e iones. Pero cuán brillante sea ese rastro depende de cómo la partícula disipa su energía en el gas. Para iones ligeros, como el flúor, los datos hasta ahora eran imprecisos.

Las partículas cósmicas con energías millones de veces superiores a las que pueden alcanzar los aceleradores terrestres chocan contra la atmósfera y producen una lluvia de partículas secundarias. Esa lluvia emite ondas de radio que captan antenas en el suelo.

La radiación de terahercios se sitúa entre las microondas y la luz infrarroja. Atraviesa la ropa, el papel y el plástico, pero no el metal ni el agua. Por eso se usa en escáneres de seguridad y en imagen médica. Para ver la polarización de esa radiación se necesita un detector.

Un bombero con una cámara térmica ve el foco del incendio a través del humo. Pero, ¿cómo ver una fuente de radiación que no huele, no brilla y no calienta? Las cámaras gamma resuelven este problema: captan los rayos gamma emitidos por sustancias radiactivas y superponen su "huella" sobre una fotografía normal.

Una cámara térmica convencional se parece a un termómetro que se calienta y se enfría lentamente. Muestra bien dónde hay calor, pero no sigue el ritmo de los movimientos rápidos. El nuevo sensor funciona de otra manera: cuenta los cuantos de calor individuales, como un contador de gotas durante la lluvia.

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.

Tratar el cáncer con un haz de protones es como disparar con arco: hay que dar en el blanco sin tocar nada alrededor. Los protones liberan su energía al final de su recorrido, por lo que los tejidos sanos apenas sufren. Pero para que el disparo sea seguro, cada plan de tratamiento se comprueba de antemano: se mide la dosis que recibirá el tumor y lo que les tocará a los órganos vecinos.

La luz, independientemente de su fuente, está compuesta por fotones, partículas elementales y cuantos del campo electromagnético. Un detector de luz simple, como un medidor de iluminancia fotométrica, funciona en modo binario: solo registra si los fotones inciden o no, dando una respuesta de «sí/no».

En las frías y tenues nubes del espacio, las partículas se encuentran raramente, pero a veces un ion y una molécula neutra pasan lo bastante cerca como para unirse. Al hacerlo, emiten luz, como un destello apagado que se lleva el exceso de energía. Este proceso se llama asociación radiativa y es responsable de la formación de muchas moléculas en el espacio interestelar.

Los neutrinos son partículas fantasma: predichos por el Стандартной моделью, apenas interactúan con la materia. Atraparlos es como escuchar un susurro en medio del estruendo de una cascada.

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.

El agua pesada —esa en la que, en lugar del hidrógeno común, está su pariente más voluminoso, el deuterio— se sometió a una corriente eléctrica. En el cátodo se depositaba paladio, y en este modesto baño electroquímico los detectores notaron una y otra vez algo inesperado: rastros de neutrones lentos. Los detectores eran de dos clases.

Detectar un emisor cuántico individual es como afinar un piano de cola en un taller con máquinas rugientes: el tono puro se ahoga en el ruido. Pero el afinador no intenta gritar más que el estruendo: toma un diapasón y escucha los batidos. Así, incluso un eco apenas audible se vuelve evidente.

Cada segundo, decenas de partículas del espacio atraviesan nuestro cuerpo. La mayoría son protones ligeros, pero también hay núcleos atómicos más pesados: carbono, oxígeno, hierro. Nacen en explosiones estelares y viajan hacia la Tierra durante millones de años.