sondeo de materiales con rayos X

La materia oscura es el andamiaje invisible del universo. Sabemos que existe, lo deducimos por el movimiento de las estrellas y las galaxias, pero de qué está hecho ese andamiaje, aún no se sabe. Una de las hipótesis son las partículas ultraligeras, similares a los axiones.

En 1981, Alan Guth propuso el escenario de la inflación cosmológica —una expansión vertiginosa del espacio que estiró las fluctuaciones cuánticas hasta el tamaño de galaxias enteras. Desde entonces, los cosmólogos, como arqueólogos, excavan este evento a través de las estructuras del Universo.

Un microscopio ordinario es inútil cuando se trata de observar un virus individual con todo detalle. Es demasiado pequeño. Pero existe una herramienta que emite destellos miles de millones de veces más brillantes que la luz solar: el láser de rayos X de electrones libres.

Un potente láser golpea un diamante como un martillo de forja, pero el yunque es la propia materia. El impacto dura un instante, pero genera una presión un millón de veces superior a la atmosférica. Los físicos han soñado durante mucho tiempo con asomarse a ese instante y ver cómo los átomos se reorganizan bajo la embestida.

Un océano que impregna todo el espacio permanece invisible para nosotros. Ese océano es la materia oscura, y las olas en su superficie son partículas llamadas axiones. Son tan ligeros y escurridizos que atraviesan la Tierra sin siquiera notarla.

La materia oscura es invisible, pero su gravedad gobierna el movimiento de las galaxias. De qué está hecha es un misterio. Una idea: son partículas ultraligeras, parecidas a los axiones.

Cuando la materia se calienta a millones de grados, se convierte en plasma: una mezcla de electrones libres e iones, similar a una sopa hirviendo de partículas cargadas. No se puede mirar dentro de esa «sopa» con un termómetro común, pero se puede iluminar con rayos X.

Imagina una moneda diminuta escondida en una caja fuerte perfecta, pero cuyas paredes son tan delgadas que la moneda a veces las atraviesa, dejando un sonido apenas perceptible. Los axiones son como esas monedas, solo que en lugar de metal son partículas, y en lugar de una caja fuerte, la materia ordinaria.

Cuando se comprime materia hasta presiones de millones de atmósferas y se calienta a miles de grados, deja de ser ni sólido ni gas. Es un estado denso y caliente, como en el interior de los planetas gigantes o en el momento del impacto de un meteorito. No se puede mirar directamente, pero se puede iluminar con rayos X y observar cómo los rayos se dispersan en los electrones.

En un trozo de óxido de manganeso de unos pocos átomos de espesor, los electrones se comportan como una multitud en una escalera mecánica: cada uno se mueve según sus propias reglas, pero juntos crean un flujo común. Los físicos dirigieron rayos X blandos sobre esa película y expulsaron electrones hacia afuera.

Para alinear los espines de las partículas en una misma dirección, los físicos suelen enfriar la sustancia casi hasta el cero absoluto y colocarla en un campo magnético intenso. Esto es caro y voluminoso. El nuevo método se asemeja a ajustar una multitud de peonzas con un toque ligero: las moléculas intermediarias se unen temporalmente a los átomos objetivo y les transmiten su orden.

La radiografía suele asociarse con un aparato voluminoso en el hospital. Pero una imagen así puede tomarla un dispositivo del tamaño de la palma de la mano, ensamblado con componentes de electrónica de aficionado. Los autores del trabajo usaron un miniordenador Raspberry Pi, una cámara de 12,3 megapíxeles y una pantalla que brilla bajo los rayos X.

En lo profundo de un laboratorio subterráneo, un detector del tamaño de una habitación espera un evento que podría ocurrir una vez cada cien mil millones de años. Es la doble desintegración beta sin neutrinos, un proceso que violaría una de las leyes más importantes de la física.

Un imán de nevera se sostiene gracias a diminutas agujas internas, cada una como una brújula en miniatura. Si golpeas el metal con un destello de luz ultracorto, esas agujas empiezan a agitarse caóticamente y el magnetismo se derrite en una millonésima de milmillonésima de segundo. Antes, ese 'derretimiento' era demasiado rápido para poder verlo.