tasa de reacción

Cuando una estrella masiva explota como supernova, en su interior se forjan núcleos pesados en cuestión de segundos. Entre ellos está el titanio-44, un isótopo radiactivo que durante años emite rayos gamma. Cuánto de él sobrevive depende de una reacción nuclear: un protón es capturado por el núcleo de vanadio-45 y lo convierte en cromo-46.

En 1976, los físicos predijeron que un electrón no solo puede pasar de largo junto al núcleo, sino que puede chocar contra él y transferirle energía, haciendo que el núcleo «se estremezca». El efecto se llamó NEEC — excitación nuclear por captura electrónica. Pero durante casi cincuenta años no se ha podido observar en un experimento.

Un puerto de montaña conecta dos valles. En uno, la proteína está plegada; en el otro, desplegada. Para pasar de uno a otro, hay que cruzar la silla, el punto más alto del camino. En la ciencia de las proteínas, este punto se llama estado de transición, y la coordenada que indica la distancia hasta él se denomina commitador.

Un flash fotográfico que se dispara en una milésima de segundo no calienta el objeto, a diferencia de uno normal que dura un segundo entero. En radioterapia se descubrió un truco similar: cuando la dosis de radiación se administra en milisegundos en lugar de minutos, los tejidos sanos sufren menos.

Cuando los biólogos miden la actividad de miles de genes, normalmente solo ven una lista de correlaciones, como dos ingredientes en una sopa que suelen aparecer juntos. El método estándar busca ese tipo de pares, pero no muestra quién influye sobre quién.

La colisión de dos estrellas de neutrones es una fragua cósmica donde, en cuestión de segundos, se forjan los elementos más pesados de la tabla periódica. En 2017, los detectores captaron ondas gravitacionales de una fusión de este tipo, y los telescopios vieron un destello: una kilonova.

Cuando dos estrellas superdensas giran en un baile íntimo, el espacio a su alrededor tiembla. Ese temblor —las ondas gravitacionales— es captado por gigantescos detectores en la Tierra. Pero descifrar la señal no es fácil: hay que entender con qué nos enfrentamos, si con un par de agujeros negros o de estrellas de neutrones.

En las profundidades de la Tierra, bajo una gruesa capa de granito, los detectores capturan a unos visitantes raros del espacio: los muones. Estas partículas nacen en lo alto de la atmósfera cuando los rayos cósmicos chocan contra los núcleos de los átomos del aire.

Un péndulo que casi nada puede desviar: no le afectan ni las sacudidas, ni el calor, ni los campos magnéticos, porque está escondido en el mismísimo corazón del átomo. Ese es el péndulo que han utilizado los físicos al poner en marcha por primera vez un reloj nuclear. Antes, los mejores relojes, los ópticos, funcionaban con transiciones de electrones.

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.

Un columpio solo se balancea si lo empujas acompasadamente. Si te desvías un poco del ritmo, el esfuerzo se pierde. De manera similar, la luz interactúa con el núcleo atómico: normalmente un fotón se absorbe solo cuando su energía coincide exactamente con la diferencia entre los niveles nucleares.

Las viejas placas fotográficas del sondeo del cielo de los años 50 escondían un enigma detectivesco: una y otra vez aparecían en ellas misteriosos destellos. Primera pista: los destellos coincidían con los días de las pruebas nucleares atmosféricas. Segunda pista: el campo magnético terrestre; cuanto más rugía la tormenta, menos manchas aparecían.

Dentro del Sol, cada segundo ocurren transformaciones nucleares invisibles. Una de ellas es el nacimiento del boro-8: el núcleo de berilio-7 captura un protón que pasa cerca y, por un instante, se convierte en un nuevo elemento.

Un reactor nuclear convencional se parece a una caldera donde el combustible arde de manera uniforme en todo el volumen. Aquí el panorama es otro: por una barra cilíndrica de carburo de uranio avanza lentamente una onda de fisión: una zona estrecha donde los átomos se dividen y liberan calor.

Cuando dos núcleos atómicos chocan, el resultado depende de su energía y del ángulo de dispersión de los fragmentos. Normalmente, estos cálculos requieren enormes recursos computacionales y la precisión choca con las aproximaciones.

En una cámara oscura, donde la temperatura está solo cuatro grados por encima del cero absoluto, reposa un cristal de zafiro del tamaño de un grano de arroz. Cuando un neutrino —una partícula fantasma que apenas interactúa con la materia— lo atraviesa, el cristal se estremece y se calienta una fracción insignificante de grado.

En el interior de una estrella moribunda, antes de la explosión de la supernova, tienen lugar reacciones nucleares que determinan qué elementos químicos se dispersarán por el cosmos.

En el núcleo de un átomo de oro se esconde el futuro medicamento contra el cáncer. Si se golpea un blanco de oro con un rayo gamma de unos 30 megaelectronvoltios, uno de los núcleos pierde un protón y un neutrón y se convierte en un isótopo raro de platino: el platino-195m.

El núcleo de un átomo de xenón-133 vive solo unos días y luego se desintegra. Hacer con él una fina película como blanco y bombardearla con partículas no funcionará: la película desaparecería antes de que estuviera lista. Por eso los físicos hicieron lo contrario: aceleraron núcleos de xenón-132 y los dirigieron hacia un blanco de deuterio (hidrógeno pesado).

Dentro del núcleo atómico las partículas no están amontonadas al azar. A veces dos protones y dos neutrones se agrupan en una cuarteta compacta: ese mini-colectivo se llama cúmulo alfa. Es como una familia que, en un edificio lleno de gente, se mantiene unida. Arrancar esa cuarteta del núcleo y ver cómo vivía allí es tarea de un protón rápido.

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.

El aluminio-26 es un isótopo que vive poco en términos cósmicos: solo alrededor de un millón de años. Cuando una estrella masiva explota como supernova, expulsa este aluminio al espacio. Más tarde se desintegra, emitiendo rayos gamma que pueden ser captados por telescopios.

Los neutrinos son las partículas conocidas más esquivas. Cada segundo, billones de neutrinos del Sol atraviesan tu cuerpo sin que lo notes: apenas interactúan con la materia. Para atrapar al menos uno, los físicos construyen detectores gigantescos: piscinas de agua o argón líquido en las profundidades de la Tierra.

Cuando un neutrón choca contra un núcleo, puede arrancarle un fragmento: una partícula alfa, es decir, un núcleo de helio. Estas colisiones ocurren constantemente en los reactores nucleares, pero medirlas con precisión es difícil: el neutrón no deja rastro en un detector común, y solo se puede detectar por sus consecuencias.

Para fusionar dos núcleos atómicos, hay que superar su feroz repulsión eléctrica, como juntar dos toros enfurecidos. En condiciones normales, solo ayuda una energía monstruosa, como en los núcleos estelares, donde Hans Bethe ya explicó la fusión en los años 30.

El globo ATIC se elevó sobre la Antártida y capturó partículas más antiguas que la propia Tierra. Entre ellas, núcleos atómicos desde azufre hasta cromo, y cuanto mayor es su energía, mayor es su proporción en comparación con el hierro.

En el flujo de partículas cargadas que nos llegan desde las profundidades de la Galaxia, el hierro resultó ser la oveja negra. El instrumento ATIC-2, elevado en un globo sobre la Antártida, comparó cómo cambia con la energía la proporción de núcleos desde el azufre hasta el cromo en relación con el hierro.