rayo gamma de ultra alta energía

Sobre la mesa hay un trozo de grafito cultivado a partir de gas, como una capa en la pared de un reactor. Normalmente, ese material no sirve para convertir calor en electricidad: en su interior, los electrones y los huecos corren en direcciones opuestas y se anulan mutuamente.

Una línea de montaje en una fábrica escupe piezas de una en una por ciclo. Si el ciclo es corto y hay pocos defectos, la línea va rápida. En óptica cuántica, el papel de esa línea lo desempeña una fuente de fotones individuales: debe emitir exactamente un cuanto de luz por cada ciclo, y cuanto más frecuentes sean los ciclos, más fotones viajan por la fibra óptica.

Un cartógrafo recibe una hoja con las distancias entre cientos de islas sin nombre. Ninguna isla está etiquetada, pero las distancias se repiten, forman triángulos y cuadriláteros. Con esas repeticiones, el cartógrafo reconstruye el mapa del archipiélago, sin saber cómo se llama cada isla.

Un blanco de gas se parece a un embudo: cuanto más inclinadas son sus paredes, más fuerte es el flujo. Solo que en este embudo no fluye agua, sino luz ultravioleta, que nace cuando un potente pulso láser atraviesa una nube de argón.

El resplandor azul en el agua alrededor de un reactor nuclear es luz que nace cuando una partícula cargada supera a la luz en ese medio. El efecto fue descubierto por Pável Cherenkov en 1934, y la teoría fue desarrollada por Ígor Tamm e Iliá Frank.

En 1054, en la constelación de Tauro, una estrella estalló. La luz de su muerte fue tan brillante que se vio de día durante casi un mes; los astrónomos chinos lo registraron en sus crónicas. Hoy, en ese lugar se extiende la nebulosa del Cangrejo, y sus pinzas son nubes de gas que aún acelera la estrella muerta en su centro.

Un enorme estadio lleno de gente vestida de negro. Estás afuera y tratas de entender qué ocurre dentro, aunque no ves a ninguna persona. Pero si dos personas chocan e intercambian camisetas brillantes, notarás un destello de color.

En los primeros instantes tras el Big Bang, el universo se expandió a una velocidad vertiginosa, una fase que llamamos inflación. Incluso el vacío estaba agitado: los empujones cuánticos mecían los campos como el viento agita las espigas en un campo.

Durante mucho tiempo, los astrónomos buscaron las «fábricas» de los rayos cósmicos más energéticos — partículas que llevan en su interior un macromundo comprimido al tamaño de un núcleo atómico. Las sospechas recaían sobre colosales regiones de formación estelar como Cygnus OB2, donde chocan los vientos de jóvenes gigantes.

En la constelación del Águila, a unos 40 mil años luz de nosotros, funciona uno de los aceleradores naturales más potentes de la Galaxia. Se trata del microcuásar GRS 1915+105, un par formado por una estrella normal y un agujero negro.

El gigantesco cúmulo de galaxias Abell S1063, situado a 4 mil millones de años luz, funciona no solo como una lente, sino como un pozo gravitacional del tiempo.

Las ondas gravitacionales son vibraciones del propio tejido del espacio-tiempo, similares a las oscilaciones de una gigantesca cuerda cósmica.

Los fuelles de herrero avivan el fuego expulsando aire bruscamente. En el espacio, ese papel lo desempeña la onda de choque de una supernova — concepto introducido por Fritz Zwicky: alcanza la gigantesca burbuja de partículas cargadas y campos magnéticos formada alrededor de una estrella…

En el corazón de la Galaxia, a unos 7 mil pársecs de distancia, se esconde un verdadero acelerador natural. Es una estrella de neutrones con una rotación frenética — el púlsar PSR J1849-0001, remanente de la explosión de una supernova.

Un láser de fábrica, que en producción corta y suelda metal, se ha hecho funcionar por primera vez como acelerador de partículas. Los físicos tomaron un láser estándar de iterbio —cuyo núcleo es un cristal del tamaño de una palma— y convirtieron sus destellos en una herramienta para acelerar electrones hasta casi la velocidad de la luz.

Las galaxias elípticas son tranquilas megápolis estelares jubiladas. Según todas las leyes, su luz debería ser serena, rojiza, como un atardecer. Pero los espectros gritan lo contrario: en el ultravioleta lejano, estas ancianas arden como guirnaldas navideñas. Durante tres décadas, los astrónomos se devanaron los sesos con este «repunte ultravioleta» (UV upturn).

La materia oscura es una sustancia invisible que se manifiesta solo a través de su influencia gravitatoria: curva la luz de galaxias lejanas, como una ventana invisible que desvía los rayos.

Un reflector brilla cada vez más, pero en cierto límite la bombilla se funde de repente y la luz ya no sale. Algo parecido han visto los astrofísicos en el lejano blázar Markarian 421. Se trata de una galaxia activa cuyo chorro de plasma ardiente (jet) apunta casi exactamente hacia la Tierra, como el haz de un faro cósmico.

Los rayos cósmicos son partículas de las profundidades del cosmos, aceleradas hasta energías colosales. Al chocar contra la atmósfera, generan cascadas de partículas con ondas de radio. Estas ondas son huellas que revelan la energía y dirección del visitante.

Un detector lleno de helio-4 superfluido se asemeja a un lago perfectamente tranquilo. El líquido no chapotea ni burbujea: permanece inmóvil en un único estado cuántico. A través de él atraviesa un visitante invisible: una partícula de materia oscura. Ella misma no brilla ni deja rastro.

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.

Un láser común emite líneas estrechas, como una cuerda que suena en una sola nota. Para la espectroscopía esto es incómodo: si una sustancia absorbe luz entre las líneas, puede pasar desapercibida.

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.

La velocidad de la luz en el vacío es el metrónomo de la física: marca el ritmo de todos los procesos. Si se desincroniza, la armonía habitual se derrumba. Los neutrinos, partículas cósmicas omnipresentes pero casi esquivas, pueden verificar si este ritmo se altera en condiciones extremas.

En una galaxia lejana, a una distancia que la luz tarda 11 mil millones de años en recorrer, algo brilló. El telescopio de rayos X Einstein Probe detectó un estallido breve, como un pinchazo de aguja: duró solo unas pocas decenas de segundos.

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 electrones en un cristal a veces se comportan como una multitud en un estadio creando una «ola»: las zonas de mayor densidad se alternan con otras casi vacías. Esta ola bloquea el movimiento libre de las cargas: en condiciones normales, el material no es superconductor. Pero al aplicar presión, la ola desaparece y los electrones empiezan a moverse sin pérdidas.

El cielo nocturno parece inmóvil, pero muchas estrellas tiemblan como un tambor después de un golpe. El satélite TESS observó durante siete años consecutivos las mismas regiones del cielo y captó ese temblor en 19 151 gigantes rojas, estrellas viejas e hinchadas. Antes se conocían muchas menos de estas gigantes 'sonoras', y ahora la lista ha crecido un 80%.

Un haz de electrones en un acelerador se parece a una bandada de pájaros: vuela en grupo compacto, pero con el tiempo se dispersa. Para mantener las partículas juntas, normalmente se utilizan imanes pesados. Aquí se prescindió de ellos: el haz se comprimió a sí mismo.

La luz en la fibra óptica es un flujo de fotones, y para la comunicación cuántica se necesitan fotones individuales que puedan enviarse uno a uno. Pero lograr que salgan rápidamente y además sean indistinguibles entre sí es una tarea difícil.

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.

Durante diecisiete años seguidos, el telescopio espacial Fermi registró la luz de la lejana galaxia 4C 76.03. La mayor parte del tiempo se comportó tranquila, como una ciudad nocturna donde solo brillan algunas ventanas dispersas.

El agujero negro en el sistema V4641 Sagitarii se comporta como una aspiradora que funciona a plena potencia, pero los vecinos solo ven una lucecita de indicador. Los telescopios LHAASO y HAWC captaron de él rayos gamma con energías de hasta 0,8 PeV, millones de veces mayores que los rayos X de un hospital.

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.

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.

Un estallido de rayos gamma es como un disparo de un cañón cósmico: un destello breve pero cegador que durante unos segundos eclipsa a una galaxia entera. Pero si lo observamos en el rango gamma más duro (fotones con energía superior a un gigaelectronvoltio), la señal a menudo se pierde en el ruido, como un susurro en una sala ruidosa.

La radioterapia se parece a disparar un rifle de gran calibre a un blanco pequeño: incluso un disparo preciso afecta una gran área alrededor. El grosor de la "huella", llamada penumbra, en los equipos estándar es de 2 a 3 milímetros. Para un tumor en el pulmón, esto no es grave, pero cerca de un nervio o un vaso sanguíneo, esos milímetros deciden si la persona quedará sana.

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.

Un láser de electrones libres convencional se parece a un instrumento musical con una sola cuerda: solo puede tocar una nota hasta que se modifica su construcción. Para obtener otra longitud de onda, hay que reajustar los imanes o acelerar los electrones con más fuerza. Eso es caro y voluminoso.