Crean una extraña partícula cuántica con el aspecto de una «bola de rayos»

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Han «construido» por primera vez un «skyrmión» tridimensional. Se cree que tiene el mismo comportamiento que las misteriosas esferas de energía que a veces aparecen junto a los rayos en las tormentas.

Científicos del Amherst College (EE.UU.) y de la Universidad de Aalto (Finlandia) han logrado crear por primera vez una cuasi-partícula predicha hace cuarenta años y que recibe el nombre de «skyrmión».

Más que una partícula, como un muón o un fermión, es una perturbación situada en el seno de un campo magnético en el que un «enjambre» de átomos está «anudado» por sus momentos o espines magnéticos (se puede simplificar diciendo que esta propiedad está relacionada con la orientación y el giro de dichas partículas).

El interés de este «skyrmión» es que podría ayudar a entender cómo confinar plasma en el interior de reactores de fusión.

También se cree que los «skyrmiones» pueden explicar el extraño comportamiento de las bolas de rayos o rayos globulares.

Este fenómeno se puede observar en las tormentas eléctricas y se caracteriza por la aparición de extrañas esferas luminosas que parecen tener consistencia.

En un artículo publicado en Science Advances, los investigadores han anunciado que, por primera vez, crearon un «skyrmión» tridmensional, una estructura de nudos y bucles electromagnéticos en la que los espines de los átomos apuntan en direcciones concretas.

Este nudo puede moverse o aflojarse, pero no puede deshacerse, y parece ser el secreto capaz de mantener cohesionadas curiosas esferas de energía.

El «skyrmión» fue creado por los investigadores a partir de un gas extremadamente enfriado.

Como si fueran cordones, los investigadores usaron los momentos magnéticos de los átomos de dicho gas para «anudar» las partículas y permitir que exhibieran muchas de las propiedades que se prevé que tienen las bolas de rayos.

Como ahora han podido emular el comportamiento de las partículas cargadas que teóricamente constituyen las bolas de rayos, los científicos tienen un buen indicio de que, efectivamente, los «skyrmiones» podrían explicar la existencia de los rayos globulares.

Esto es relevante, porque dichas «bolas» supuestamente pueden alcanzar varios metros de tamaño, atravesar muros y provocar estallidos repentinos.

No sorprende que estas observaciones, por sorprendentes y escasas, hagan que exista mucha controversia en torno a los rayos globulares.

«Es destacable que hayamos podido crear un nudo electromagnético sintético, es decir, una bola cuántica de rayos, esencialmente con solo dos corrientes eléctricas circulando en sentidos opuestos», ha dicho Mikko Möttönen, director de la investigación y científico en la Universidad de Aalto, en un comunicado.

«Así, podría ser posible que una bola natural de rayos surgiera en un rayo normal».

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Sea como sea, los investigadores sospechan que estos «lazos» obtenidos en los «skyrmiones» podrían ser una forma de confinar el plasma en esferas estables en el interior de los reactores nucleares de fusión.

Esto es crucial, porque el plasma de estos reactores requiere ser «encerrado» en campos magnéticos para evitar destruir las paredes de los reactores, puesto que se encuentra a unas muy elevadas temperaturas.

«Es necesario investigar más para saber si es posible o no crear una bola de rayos con un método de este tipo», ha dicho Möttönen.

«Posteriores estudios podrían permitir encontrar una solución para mantener el plasma cohesionado de una forma más eficiente y estable que ahora dentro de los reactores de fusión», ha añadido.

¿Cómo lo han hecho? En primer lugar enfriando un gas hasta temperaturas extremadamente bajas.

Tanto que los átomos pasan a encontrarse en el estado de mínima energía y comienzan a comportarse como un átomo gigantesco: nace así un extraño gas cuántico, que es aquel cuyo comportamiento no puede explicarse con las teorías clásicas, que se llama condensado de Bose-Einstein.

Después, y al igual que la aguja de una brújula sigue a un imán que se hace pasar por las proximidades, los investigadores aplicaron un campo magnético para alterar el espín de cada átomo.

A continuación, cambiaron la dirección de este campo de forma repentina para hacer rotar los espines.

Con otras manipulaciones, lograron que dichos espines se vinculasen y formasen una especie de nudo.

Todo esto se llevó a cabo en una cámara de vacío llena con rubidio superfluido.

Allí pudieron obtener «imágenes» de gotas súper enfriadas con unos 200.000 átomos de rubidio a una temperatura de una diez mil millonésima parte de un grado kelvin por encima del cero absoluto (-273.15°C).

Hay que tener en cuenta que los «skyrmiones» son un fenómeno predicho en 1962 por Tony Skyrme, pero que hasta ahora nunca había sido posible crearlos en condiciones de laboratorio.

A pesar de todo, han servido en la teoría para explicar muchos fenómenos, desde la interacción de partículas subatómicas al comportamiento de estrellas de neutrones.

Lo siguiente que harán estos científicos será aumentar el tamaño de los «skyrmiones» para tratar de averiguar si se puede hacer una auténtica bola de rayos.

Aparte de esto, este tipo de investigaciones quizás podrían llevar a reactores de fusión nuclear realmente increíbles.

Fuente: ABC