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Un haz de protones dirigido a un tumor atraviesa los tejidos blandos como un cuchillo caliente en la mantequilla, pero su alcance depende de las propiedades más sutiles del agua, de la que estamos hechos en su mayor parte. El agua es el componente principal del cuerpo, y de lo rápido que los protones se frenan en ella depende dónde exactamente depositan su energía.

El universo a veces recuerda a una tela vieja: tras un rápido enfriamiento pudieron quedar pliegues: hilos finos, casi invisibles, de densidad monstruosa. Se les llama cuerdas cósmicas. Normalmente, en el centro de una de estas cuerdas se esconde una singularidad: un punto donde las leyes de la física pierden su sentido.

La materia oscura es el arquitecto invisible del Universo, que evita que las galaxias se dispersen. Gracias a Fritz Zwicky y Vera Rubin sabemos que la materia ordinaria en el cosmos es solo una ínfima impureza. Pero, ¿qué se esconde detrás de esta materia oscura?

Una investigación cósmica de quince años ha dado con una pista inesperada. El telescopio Fermi, que escanea el cielo en rayos gamma, ha detectado un resplandor tenue y uniforme que envuelve toda la Vía Láctea. No se parece a la luz de las estrellas ni al gas caliente; más bien es como una neblina débil pero omnipresente.

Cada segundo nos atraviesan proyectiles invisibles provenientes de las profundidades del cosmos. Son los rayos cósmicos: núcleos atómicos acelerados a velocidades casi indistinguibles de la velocidad de la luz. Su energía supera en cientos de millones de veces la que pueden alcanzar nuestros aceleradores más potentes.

Entre 2016 y 2018, en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN, los protones chocaron con una energía de 13 teraelectronvoltios, como si dos guisantes se aceleraran hasta velocidades en las que su impacto engendra un enjambre de nuevas partículas.

El estallido de rayos gamma GRB 221009A brilló con tal intensidad que fue apodado "el más brillante de todos los tiempos". El observatorio LHAASO detectó fotones gamma de este evento con energías de hasta 13 TeV, miles de veces mayores que las energías de las partículas en un equipo de rayos X.

Los rayos cósmicos son partículas que nos llegan desde el espacio profundo. Cuando una de estas partículas choca contra la atmósfera, genera toda una lluvia de nuevas partículas, como una bola de billar que rompe el triángulo y las bolas salen disparadas en todas direcciones.

Una onda de choque en la corona solar es como la onda de presión de un avión supersónico, solo que en lugar de aire hay plasma ardiente y en lugar de sonido hay un salto en la densidad y el campo magnético. El 10 de marzo de 2024, una onda así recorrió la parte occidental del disco solar.

Los rayos gamma con energías superiores a cien billones de electronvoltios son como piedras lanzadas con una fuerza increíble. Durante mucho tiempo se creyó que solo los protones —partículas pesadas aceleradas en aceleradores cósmicos— podían lanzar esas "piedras". Pero un nuevo trabajo muestra que a veces bastan los ligeros electrones.

Los rayos cósmicos no son luz, sino partículas cargadas que bombardean la Tierra desde todas direcciones. La mayoría son protones (núcleos de hidrógeno), pero también hay núcleos más pesados: de helio, nitrógeno, hierro.

En lo profundo de la constelación del Águila se esconde una nebulosa que parece una burbuja que se infla. La infla una diminuta estrella del tamaño de una ciudad: un púlsar que da varias vueltas por segundo y pierde energía de rotación. Normalmente, estas burbujas brillan exactamente con la intensidad que permite su púlsar.

En 2017, en el Gran Colisionador de Hadrones, los protones chocaron a una energía de 5,02 TeV. El detector CMS registró esas colisiones y, entre miles de millones de eventos, los físicos buscaban un caso raro: la producción de un único quark top sin su antipartícula.

Una colisión a gran velocidad arrancó un neutrón del núcleo de helio-8, y por un instante se formó un núcleo de helio-7, como una estantería sobrecargada de la que caen tres libros a la vez. Este efímero «sonido» de la desintegración se ha podido registrar por primera vez: tres neutrones salieron disparados, dejando tras de sí un núcleo ordinario de helio-4.

En octubre de 2022, el cosmos organizó un espectáculo de fuegos artificiales que todos los detectores de la Tierra notaron. La explosión, bautizada como GRB 221009A, fue tan brillante que la llamaron «la más brillante de la historia de las observaciones».

Veintiocho segundos: eso fue lo que tardó una cámara automática en apuntar hacia un destello en una constelación cuya luz había viajado más de nueve mil millones de años.

El sistema binario SS433 es conocido porque el agujero negro que contiene desgarra materia de su estrella vecina. Parte del gas cae en el agujero, y otra parte es expulsada en dos chorros estrechos que giran como una peonza. Estos chorros se observan en radio y en rayos X.

El quark top es el ladrillo más pesado de la materia conocida, pero la teoría predice un gemelo esquivo, el quark T, que podría ser varias veces más pesado. Para hacerlo visible, los físicos colisionan protones con muones — parientes inestables del electrón.

Una llamarada solar es como una explosión en la atmósfera: brillante, rápida, con diferentes 'voces'. Los rayos X provienen de electrones que se aceleran y frenan bruscamente, perdiendo energía. Pero en 2017, los detectores del satélite Fermi captaron otra señal: rayos gamma que no encajaban en ese panorama.

En el detector de un colisionador, cada colisión de protones deja un rastro de decenas de partículas, como las salpicaduras de una piedra lanzada al agua. Entender esas salpicaduras y descifrar qué ocurrió exactamente en el momento del impacto es una tarea que ya nadie puede afrontar solo.

El electrón es una partícula diminuta, pero dentro de un cristal se comporta como si tuviera otra masa. A esto se le llama masa efectiva. Para medirla, los físicos hacen que los electrones corran en círculos dentro de un campo magnético, como un patinador de velocidad en una pista de hielo al que no le permiten salirse de la órbita.

El agua en una tetera se calienta hasta los cien grados y deja de ser agua para convertirse en vapor. Algo parecido ocurre con los núcleos atómicos cuando se hacen chocar a velocidades enormes en el Gran Colisionador de Hadrones.

Las galaxias del universo no están dispersas al azar: las vecinas se mueven en la misma dirección, como un banco de peces, mientras que las lejanas van cada una por su cuenta. Dónde está el límite entre 'juntas' y 'por separado' no estaba claro hasta ahora.

Al igual que en una habitación atestada cada persona extra aumenta bruscamente la presión en las paredes, en una estrella de neutrones el incremento de densidad provoca un aumento de la resistencia interna. Pero incluso esta resistencia tiene un techo absoluto.

En octubre de 2022, el observatorio LHAASO midió el espectro (distribución de energías) del estallido de rayos gamma GRB 221009A, el más brillante jamás registrado. Su luz viajó durante dos mil millones de años y fue tan intensa que perturbó las capas superiores de la atmósfera terrestre.

El 9 de octubre de 2022, el cosmos ofreció un espectáculo como los astrónomos no habían visto en toda la historia de las observaciones. El estallido de rayos gamma GRB 221009A, la explosión cósmica más potente que produce un destello de rayos gamma, cegó a los detectores en órbita y en la Tierra. Fue llamado "el más brillante de todos los tiempos".