Generan una partícula quàntica per explicar el raig bola

La revista Science News publica(1) que científics de l’Aalto University, Finlàndia i l’Amherst College, USA, han aconseguit la creació, per primera vegada, d’una nova partícula quàntica amb propietats d’un raig bola. La partícula podria proporcionar una esfera de plasma estable que milloraria significativament els futurs reactors nuclears de fusió.

La notícia fa referència a un article de la revista Science Advances (2), publicat, entre d’altres per Mikko Möttönen, Aalto University i David S. Hall, Amherst College, líders dels grups teòric i experimental que han aconseguit la creació.

Amb aquest treball, es coneix una mica millor el fenomen del raig bola, que no ha estat ben entès fins ara. Möttönen explica que l’han pogut crear partint essencialment de dues corrents elèctriques en contracorrent, per el que es pot entendre que un raig bola es pugui formar a la natura a partir d’un raig normal. Möttönen diu que al llarg de la història ha hagut referències de raigs bola, però rarament una evidència física dels mateixos. Ell mateix recorda haver vist un possible raig bola breument enlluernador a casa dels seus avis.

David Hall ha explicat el procés seguit: el gas quàntic (gas que respon a les lleis quàntiques) és refredat a molt baixa temperatura fins que tots els àtoms arriben a l’estat de mínima energia. En aquest estat, que s’anomena condensat Bose-Einstein, ja no es comporta com un gas sinó com un únic àtom gegant. Aleshores s’aplica un camp magnètic extern que polaritza tots els àtoms (els seus spins o moments magnètics de rotació) en la mateixa direcció i després es canvia de sobte aquest camp, fins aconseguir que en un punt del mig del condensat desaparegui el camp magnètic. En aquest moment, cadascun dels àtoms (spins) s’orienten segons el camp magnètic que ha quedat en el seu lloc, en totes direccions al voltant del punt zero, formant un nus electromagnètic dins de la partícula que te les propietats del raig bola.

Una partícula amb aquestes característiques va ser predita teòricament fa quaranta anys per dos físics espanyols, Antonio F. Rañada i José L. Trueba, de la universitat Complutense de Madrid (3). Els autors van explicar que, de vegades, després d’un raig, les línies del camp magnètic creat per la descàrrega elèctrica s’enllacen entre elles formant el que s’anomena un nus electromagnètic. Aquest nus pot confinar en el seu interior una esfera de plasma brillant. El model que van desenvolupar permetia interpretar el comportament d’aquesta esfera: el raig escalfa l’aire per sobre dels 53.500 ºF, amb el que el plasma de l’interior de l’esfera no ofereix resistència elèctrica i el corrent pot fluir durant una estona. Però com que l’esfera s’expandeix a causa de la calor, també es refreda ràpidament, perdent la conductivitat infinita i l’estructura de nus electromagnètic i destruint-se.

Una de les principals aplicacions que es pot pensar per aquest descobriment és la fabricació de reactors nuclears de fusió. Ben coneguda és la dificultat d’avançar en l’aplicació de les reaccions nuclears de fusió per obtenir energia, degut a la gran quantitat d’energia que s’ha de posar en joc prèviament per generar els camps electromagnètics que permeten confinar l’hidrogen a les altíssimes temperatures que calen per a produir la fusió. Si fos possible fer-ho utilitzant aquesta nova partícula d’obtenció relativament senzilla, s’hauria donat un pas decisiu en l’obtenció d’energia nuclear de fusió. Mikko Möttönen diu que podria ser possible, però que caldrà estudis posteriors per assegurar-ho.

Fonts d’informació utilitzades:

(1) Science News. Scientists observe a new quantum particle with properties of ball lightning. 02.03.2018. https://www.sciencedaily.com/releases/2018/03/180302144835.htm

(2) W. Lee, A.H. Gheorghe, K. Tiurev, T. Ollikainen, M. Möttönen, and D.S. Hall. Synthetic electromagnetic knot in a three-dimensional skyrmion
Science Advances 02 Mar 2018: Vol. 4, no. 3, eaao3820 DOI: 10.1126/sciadv.aao3820
http://advances.sciencemag.org/content/4/3/eaao3820.full

(3) Antonio F. Rañada & José L. Trueba. Univ. Complutense. Madrid. Ball lightning an electromagnetic knot? Nature volume 383, page 32 (05 September 1996)
https://www.nature.com/articles/383032a0

Aquesta entrada ha esta publicada en energia, física. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.