Agencias/Ciudad de México.- Físicos de la Universidad de Rice han descubierto una forma de atrapar el plasma más frío del mundo en una botella magnética, un logro con potencial en energía limpia, clima espacial y astrofísica.
“Para entender cómo el viento solar interactúa con la Tierra, o para generar energía limpia a partir de la fusión nuclear, uno tiene que entender cómo se comporta el plasma, una sopa de electrones e iones, en un campo magnético”, dijo en un comunicado Tom Killian, decano de Ciencias en Rice y autor correspondiente de un estudio publicado sobre el trabajo en Physical Review Letters.
Usando estroncio enfriado por láser, Killian y su equipo hicieron un plasma aproximadamente 1 grado por encima del cero absoluto, o aproximadamente -272 grados Celsius, y lo atraparon brevemente con las fuerzas de los imanes circundantes. Es la primera vez que un plasma ultrafrío se confina magnéticamente, y Killian, que ha estudiado los plasmas ultrafríos durante más de dos décadas, dijo que abre la puerta para estudiar los plasmas en muchos entornos.
“Esto proporciona un banco de pruebas limpio y controlable para estudiar plasmas neutros en lugares mucho más complejos, como la atmósfera del sol o las estrellas enanas blancas”, dijo Killian, profesor de física y astronomía.
“Es realmente útil tener el plasma tan frío y tener estos sistemas de laboratorio muy limpios. Comenzar con un sistema simple, pequeño, bien controlado y bien entendido le permite eliminar parte del desorden y realmente aislar el fenómeno que quiero ver.”
Eso es importante para el coautor del estudio Stephen Bradshaw, un astrofísico de Rice que se especializa en estudiar los fenómenos del plasma en el sol.
“A lo largo de la atmósfera del sol, el campo magnético (fuerte) tiene el efecto de alterar todo en relación con lo que cabría esperar sin un campo magnético, pero de formas muy sutiles y complicadas que realmente pueden hacer tropezarlo si no tiene un una buena comprensión”, dijo Bradshaw, profesor asociado de física y astronomía.
Los físicos solares rara vez obtienen una observación clara de las características específicas de la atmósfera del sol porque parte de la atmósfera se encuentra entre la cámara y esas características, y los fenómenos no relacionados en la atmósfera intermedia oscurecen lo que les gustaría observar.
“Desafortunadamente, debido a este problema de la línea de visión, las mediciones observacionales de las propiedades del plasma están asociadas con mucha incertidumbre”, dijo Bradshaw. “Pero a medida que mejoramos nuestra comprensión de los fenómenos y, fundamentalmente, usamos los resultados de laboratorio para probar y calibrar nuestros modelos numéricos, es de esperar que podamos reducir la incertidumbre en estas mediciones”.
El plasma es uno de los cuatro estados fundamentales de la materia, pero a diferencia de los sólidos, líquidos y gases, los plasmas generalmente no forman parte de la vida cotidiana porque tienden a ocurrir en lugares muy calientes como el sol, un rayo o la llama de una vela.
Al igual que esos plasmas calientes, los plasmas de Killian son sopas de electrones e iones, pero se enfrían mediante enfriamiento con láser, una técnica desarrollada hace un cuarto de siglo para atrapar y ralentizar la materia con la luz.
Killian dijo que la configuración magnética cuadrupolo que se utilizó para atrapar el plasma es una parte estándar de la configuración ultrafrío que su laboratorio y otros utilizan para hacer plasmas ultrafríos. Pero descubrir cómo atrapar el plasma con los imanes fue un problema espinoso porque el campo magnético causa estragos en el sistema óptico que usan los físicos para observar los plasmas ultrafríos.
“Nuestro diagnóstico es la fluorescencia inducida por láser, en la que proyectamos un rayo láser sobre los iones de nuestro plasma, y ??si la frecuencia del rayo es la correcta, los iones dispersarán los fotones de manera muy eficaz”, dijo. “Puedes tomarles una foto y ver dónde están los iones, e incluso puedes medir su velocidad observando el cambio Doppler, como si usas una pistola de radar para ver qué tan rápido se mueve un automóvil. Pero los campos magnéticos realmente cambian alrededor de las frecuencias resonantes, y tenemos que desenredar los cambios en el espectro que provienen del campo magnético de los cambios Doppler que estamos interesados en observar”.
Eso complica significativamente los experimentos y, para complicar aún más las cosas, los campos magnéticos cambian drásticamente en todo el plasma.
“Así que tenemos que lidiar no solo con un campo magnético, sino con un campo magnético que varía en el espacio, de una manera razonablemente complicada, para comprender los datos y descubrir qué está sucediendo en el plasma”, dijo Killian. “Pasamos un año tratando de averiguar qué estábamos viendo una vez que obtuvimos los datos”.
El comportamiento del plasma en los experimentos también se vuelve más complejo por el campo magnético. Precisamente por eso, la técnica de captura podría ser tan útil.
“Hay mucha complejidad a medida que nuestro plasma se expande a través de estas líneas de campo y comienza a sentir las fuerzas y queda atrapado”, dijo Killian. “Este es un fenómeno muy común, pero es muy complicado y algo que realmente necesitamos entender”.
