tritio

Dentro del acero de un futuro reactor de fusión se forman diminutas burbujas de helio, y en sus paredes se desarrolla un drama químico. Los átomos de cromo y tántalo, como centinelas, ocupan lugares en el borde de la cavidad y cambian las reglas del juego para el hidrógeno.

En la fría nube TMC-1, donde la temperatura no supera los diez grados por encima del cero absoluto, las moléculas apenas se encuentran entre sí. Pero de vez en cuando un átomo de helio las atraviesa, y ese breve contacto basta para que la molécula cambie su rotación. Son precisamente esas colisiones las que determinan qué radiación vemos desde la Tierra.

La corteza helada de Tritón es como una puerta cerrada a un sótano donde, tras la pared, chapotea el agua. No podemos abrirla, pero podemos pegar el oído y escuchar el eco de los pasos: cómo el campo magnético de Neptuno resuena en el interior de la luna, cómo tiembla el hielo por impactos lejanos.

En el interior de los subneptunos, los planetas más abundantes de la galaxia pero en los que no se puede pisar, el magma de silicato y el hidrógeno se mezclan en un único cóctel supercrítico. Antes se pensaba que bajo la densa atmósfera de hidrógeno había un límite nítido con el silicato fundido, como aceite sobre agua.

El átomo de helio es como una cuerda bien tensa: cada nota que emite está estrictamente predicha por la teoría. Pero en los últimos años, las mediciones precisas de una de esas "notas" —la energía necesaria para arrancar un electrón de un átomo de helio excitado— han comenzado a sonar un poco más agudas de lo debido.

Las baterías atómicas que funcionan con la desintegración del plutonio llevan más de sesenta años alimentando marcapasos y sondas espaciales. Pero hay poco material para ellas: en todo el mundo solo se producen unos pocos kilogramos de plutonio-238 al año, y apenas alcanza para las misiones más importantes.

En las oscuras nubes interestelares donde nacen nuevas estrellas, la química comienza con una partícula diminuta: el ion trihidrógeno (H₃⁺). Choca con otros átomos y desencadena una cascada de reacciones que construyen moléculas cada vez más complejas. Durante mucho tiempo se pensó que la reacción principal que lo produce —la colisión de H₂⁺ con H₂— solo ocurría en la fase gaseosa.

En 1946, propuso un método que revolucionó la arqueología: determinar la edad mediante la desintegración del radiocarbono. El reloj avanza: cada 5730 años, la mitad de los átomos desaparece. Pero, ¿por qué tan lentamente? Para un núcleo ligero, esto es una anomalía: las vidas típicas son millones de veces más cortas. El misterio se mantuvo durante siete décadas.

Dos péndulos en un mismo hilo intercambian movimiento: si empujas uno, el segundo comienza a oscilar, y un instante después el primero recibe un empujón de vuelta. En el átomo de torio-229, la energía fluye casi sin pérdidas entre la capa electrónica y el núcleo.

Un subneptuno es un planeta cuyo tamaño se sitúa entre la Tierra y Neptuno. Estos mundos son muy abundantes en nuestra galaxia, pero su estructura sigue siendo objeto de debate. Una nueva investigación muestra que, en su juventud, estos planetas se comportan como una esponja empapada en agua.

Un planeta del tamaño de Neptuno, pero al rojo vivo. Bajo las nubes, un océano de magma capaz de absorber una atmósfera entera de hidrógeno. El nuevo modelo SEAMIST ha rastreado por primera vez cómo esa disolución cambia el destino del planeta desde su nacimiento hasta su vejez. La gran sorpresa es el mecanismo de ebullición catastrófica.

Dos cuerdas de guitarra tensadas en el mismo mástil. Son casi idénticas, pero una es un poco más corta, y suenan distinto. Así son aproximadamente los dos isómeros de la etanimina: moléculas con el mismo conjunto de átomos, pero orientadas de manera diferente en el espacio. Los astrónomos han detectado esta molécula en densas nubes cerca del centro de nuestra Galaxia.

Los relojes más precisos de hoy miden el tiempo a partir de las oscilaciones de los electrones en los átomos. Pero su marcha puede alterarse, como un resorte de un reloj mecánico se desajusta con los golpes. Los físicos han encontrado un péndulo más fiable: el núcleo atómico.

Núcleos atómicos envueltos en esponjosos abrigos de electrones: con semejante ropa, no hay abrazo que valga. Pero cambia el abrigo ligero por uno pesado: el muón, una partícula del modelo estándar, comprime la nube casi 200 veces.

Un cilindro de acero que ha contenido hidrógeno durante mucho tiempo a veces se rompe no por los límites de grano habituales, sino directamente a través de los granos cristalinos, dejando un patrón extraño: como si la grieta hubiera elegido un camino equivocado. Durante mucho tiempo se observó esto y se preguntaron: ¿por qué ocurre así?

En un cristal de agua e hidróxido de cesio, los átomos de oxígeno y cesio permanecen en sus lugares, como cuentas en una red rígida. Los átomos de hidrógeno se comportan de manera diferente: son como pasajeros que cambian constantemente de asiento.

Una pelota rueda hacia una colina, pero no tiene suficiente impulso y vuelve a caer. Así lo dicta la mecánica clásica. Pero en el mundo cuántico, una partícula diminuta a veces atraviesa la colina como si no existiera. Ese truco —el efecto túnel— es algo habitual para el ligero átomo de hidrógeno.

La fusión nuclear, la unión de un protón con un núcleo de boro-11, promete una fuente de energía casi ideal: sin flujo de neutrones peligrosos, solo un flujo de partículas cargadas que se puede convertir directamente en corriente eléctrica.

Los neutrinos son partículas casi esquivas: atraviesan planetas sin percatarse de los átomos. Por eso cada captura es un golpe de suerte. Hace poco, el detector submarino KM3NeT atrapó un neutrino con una energía millones de veces mayor que la que producen los aceleradores más potentes de la Tierra.

Dentro de cada átomo vive un protón. Durante mucho tiempo se lo consideró eterno, como la propia materia. Pero las teorías que unifican todas las fuerzas de la naturaleza predicen que, tarde o temprano, el protón se desintegrará. La pregunta es cuánto tiempo hay que esperar.

Los neutrinos son partículas diminutas que atraviesan el planeta como la luz atraviesa el cristal de una ventana. Cada segundo, miles de millones de estas partículas pasan a través de la uña de tu meñique, pero atrapar aunque sea una no es tarea fácil. Para ello, en Canadá se excavó una mina de dos kilómetros de profundidad y se instaló allí el detector SNO+.

En los primeros minutos del Big Bang, el Universo preparó un cóctel de hidrógeno, helio y una pizca de litio.

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.

El cometa 3I/ATLAS fue detectado cuando entró en el Sistema Solar desde el espacio interestelar.

La membrana para la electrólisis del agua se parece a una esponja empapada en agua. En su interior deben moverse libremente los iones hidróxido, partículas que transportan la carga eléctrica. Pero cómo se mueven exactamente fue durante mucho tiempo un misterio: es demasiado complicado seguir a cada ion en un experimento.

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.

Un agente de aduanas no puede desmontar una maleta para saber qué hay dentro. La pasa por rayos X y, por las sombras en la pantalla, deduce: aquí hay metal, aquí materia orgánica. De manera similar, un inspector de futuros tratados de desarme nuclear debería verificar una ojiva sin abrirla y sin ver su contenido secreto. Los neutrones son mejores que los rayos X para esta tarea.

Una película delgada de semiconductor de un átomo de espesor se asemeja a un piso compartido: en ella viven electrones con carga negativa y «huecos» con carga positiva.

El núcleo atómico normalmente sigue sus propias leyes: su desintegración no depende de la temperatura, la presión ni los vecinos en la molécula. Pero el isótopo uranio-235m tiene una excepción sorprendente.

Cada vez que el deuterio y el tritio se fusionan en un reactor de fusión, sale un neutrón rápido. Puede transformar unas sustancias en otras, por ejemplo, crear isótopos valiosos para la medicina. Hoy en día, esos neutrones cuestan una fortuna, porque hay pocas instalaciones experimentales y funcionan con poca frecuencia.

Dentro del futuro reactor de fusión flotará un imán que pesa como un automóvil pequeño. Sostiene el plasma ardiente como una mano invisible sostiene una nube. Antes se consideraba que un imán así no servía para combustible de deuterio y tritio: los flujos de neutrones lo destruían rápidamente.

Cuando una estrella como el Sol agota su hidrógeno, se hincha hasta convertirse en una gigante roja, mientras el helio se acumula en su núcleo. En cierto momento, el helio estalla: en unos segundos se libera tanta energía como la que la estrella había irradiado durante miles de años. Eso es el destello de helio.

La luz en los semiconductores nace de pares de cargas: un electrón y un hueco que se atraen mutuamente, como un imán a la puerta de la nevera. Ese par se llama excitón. Si al par se le añade otra carga, se obtiene un trión: un trío de tres partículas.

En química hay dos mundos: en uno, el catalizador es una partícula sólida sobre cuya superficie ocurre la reacción; en el otro, es una molécula disuelta donde todo sucede alrededor de un único centro metálico. Estos mundos rara vez se encuentran. Pero en un nuevo trabajo, han convergido.

En los primeros minutos después del Big Bang, el Universo se parecía a una cocina ardiente. Sobre ella, según la «receta» del modelo estándar, debían cocinarse hidrógeno, helio y un poco de litio. Pero los telescopios ven tres veces menos litio del que dicta esa receta.

Una brújula magnética en un tubo de ensayo suena a truco de magia, pero es física pura. En una solución de fumarato (una sal del ácido málico), los núcleos de carbono-13 se comportan como pequeñas peonzas.

Un trozo de cromo expuesto al aire se cubre en un minuto con una armadura invisible: una película de óxido. Esta protege al metal de la corrosión, pero para una batería es un problema: la película no deja pasar los iones de cromo y la corriente no fluye. Los científicos mezclaron cinco metales: cromo, bismuto, cobre, estaño y níquel.

Una mota de polvo cósmico está cubierta de hielo, y sobre ese hielo, como en una diminuta cocina, se preparan moléculas. Una de ellas es el metanol, un alcohol que en el espacio sirve como materia prima para compuestos más complejos.

En el cristal de silicio del que se fabrican los microchips, a veces se encuentra un átomo extraño, por ejemplo, magnesio. Se comporta como un pequeño imán con varias 'posiciones de la aguja'. Si se ilumina el cristal con un destello breve, el átomo se excita por un instante y luego regresa a su estado original. Pero no lo hace de inmediato, sino con un retraso.

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.