uranio

Un electrón extra en una molécula es como un pasajero que apenas se aferra al estribo de un tren en marcha. Ese "pasajero" convierte a la partícula en un anión, un ion negativo. Estudiarlo es difícil: el enlace es débil, la nube electrónica está difuminada, y cualquier empujón puede arrancar el electrón.

Una enorme piscina de líquido transparente se esconde en las profundidades de la Tierra. No contiene nada más que un 'caldo' purísimo que emite un débil destello cuando una partícula invisible lo atraviesa. Este es el detector JUNO, 20 000 toneladas de centelleador líquido, construido para la caza de neutrinos.

En febrero de 2023, el telescopio submarino KM3NeT, anclado a tres kilómetros de profundidad frente a las costas de Sicilia, registró un destello. Un único muón atravesó el detector, dejando una estela de energía de 220 petaelectronvoltios. Es como si un mosquito en pleno vuelo hubiera atravesado una pared de hormigón.

Desde que la Voyager 2 pasó rápidamente por Urano en 1986, las lunas heladas del planeta guardaban un misterio: ¿de dónde proviene el dióxido de carbono en su superficie? Los espectrómetros de aquella época solo insinuaban la presencia de CO₂, pero no podían decir nada sobre su origen.

El péndulo más preciso del mundo no es una barra de acero, sino un diminuto núcleo atómico. El isótopo torio-229 tiene un estado excitado especial: para llevar el núcleo a él se necesita muy poca energía, similar a la de un láser ultravioleta.

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.

Una piscina de agua purísima en la que, de vez en cuando, caen diminutas gotas casi invisibles. Cada una deja una ondulación apenas perceptible, y para registrarla se necesitan años de paciencia. Así es la caza de neutrinos solares en el detector DEAP-3600: un enorme tanque de argón líquido escondido en las profundidades de la Tierra.

En las profundidades del mar Mediterráneo, donde el agua presiona con la fuerza de cientos de atmósferas, una red de esferas sensibles a la luz esperaba a un visitante poco común. Y llegó: un neutrino que atravesó la Tierra con una energía comparable al impacto de un ladrillo en vuelo.

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 rayo láser tan tenue como un susurro de luz ha llevado un núcleo de torio-229 a un estado de mayor energía. La mayoría de los núcleos necesitan una explosión de energía, pero el torio-229 tiene una brecha energética tan pequeña que incluso este suave empujón funciona.

Una lámina de silicio del grosor de medio cabello atrapa una partícula que pasa, como la palma de la mano atrapa una gota de lluvia. Pero si la gota es un protón acelerado a una energía enorme, la palma puede sufrir una quemadura. Dentro del detector nace una avalancha de carga, y a veces es suficiente para perforar un agujero microscópico.

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.

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.

Un trozo de combustible nuclear dentro del reactor no es solo un sólido. Al calentarse, los átomos de uranio comienzan a "mover" sus momentos magnéticos, y ese movimiento altera la conductividad térmica y otras propiedades.

El protón no es una bolita compacta. Su carga, su masa y otras propiedades se distribuyen en el espacio de maneras distintas, y cada propiedad tiene su propio radio. Los físicos saben desde hace tiempo cómo medir dónde se concentra la carga del protón y dónde está su masa.

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.

En el espesor del hielo antártico, a una profundidad donde no llega la luz del sol, cuelgan antenas. No escuchan sonidos, sino ondas de radio, y esperan la señal de una partícula que es casi imposible de atrapar. El neutrino atraviesa la Tierra como una bala atraviesa la niebla, pero a veces, muy raramente, roza un átomo de hielo.

En una sala subterránea de Fermilab se encuentra un enorme tanque de argón líquido, un líquido transparente a una temperatura de menos 186 grados. Cuando una partícula invisible, el neutrino, entra en el tanque, a veces choca con un núcleo de argón y se produce un breve rastro de partículas cargadas.

Una campana no suena con una sola nota: tras el golpe, resuenan varias armónicas a la vez. Algo parecido ocurre con el núcleo atómico: después de una colisión, puede vibrar, y esas vibraciones se detectan en los rayos gamma emitidos. Pero en el núcleo de niobio-104, con 41 protones y 63 neutrones, las armónicas resultaron ser más de las esperadas.

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.

Urano y Neptuno desconcertaron a los científicos durante mucho tiempo: sus campos magnéticos están muy inclinados y enredados, muy diferentes a los de la Tierra. La clave estaba en una forma inusual de agua: el hielo superiónico que llena sus profundidades.

En las profundidades de las estrellas, los núcleos ligeros se fusionan, dando lugar a helio y flujos de neutrones. En la Tierra, este proceso se reproduce combinando deuterio y tritio, isótopos especiales de hidrógeno.

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.