Científicos de EEUU hacen realidad el mítico rayo congelador

De los creadores de las nanomoléculas para controlar la mente y los enjambres de 1.000 drones, llega el rayo congelador, un invento clásico de la ciencia ficción que hasta ahora estaba limitado a supervillanos de película. El Pentágono quiere uno y ha pagado a un equipo de la Universidad de Virginia para que fabriquen uno a partir de los exitosos resultados de sus experimentos con rayos de plasma.

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El equipo liderado por el profesor Patrick Hopkins está ahora desarrollando la tecnología para la Fuerza Aérea de los Estados Unidos. Su objetivo es crear un dispositivo que pueda enfriar objetos casi instantáneamente sin contacto físico. Según Hopkins, están “desarrollando métodos para enfriar electrónicamente sistemas y dispositivos desde el nivel macro hasta el nivel nanométrico sin la necesidad de partes mecánicas", lo que significa que podrían congelar instantáneamente cualquier cosa, incluyendo componentes electrónicos en satélites y aviones militares que vuelan a gran altitud. Según Hopkins, "ése es el principal problema en este momento. Mucha electrónica a bordo se calienta, pero no tiene forma de enfriarse".

Cómo funciona

La idea del rayo congelador ha sido un elemento recurrente en películas, libros y cómics desde el principio de los tiempos. Desde villanos que congelan ciudades enteras hasta héroes que detienen a sus enemigos en un bloque de hielo, el concepto ha fascinado a generaciones. Aquí, en la vida real, la solución para enfriar algo siempre han sido sistemas activos de refrigeración líquida o pasivos con placas y radiadores. En aplicaciones aeronáuticas y espaciales, es típico usar una placa que conduce el calor producido por la electrónica hacia radiadores que lo liberan.

Pero, hace unos años, Hopkins y su colaborador Scott Walton hicieron un descubrimiento que nunca jamás observado mientras trabajaban con rayos de plasma en el Laboratorio de Investigación de la Marina de EEUU: aunque el plasma alcanza rápidamente temperaturas tan calientes como la superficie del sol también tiene la capacidad de enfriar una superficie justo en el momento en que la golpea.

En su experimento, dispararon un chorro de plasma púrpura generado a partir de helio a través de una aguja hueca encerrada en cerámica. El objetivo era una superficie chapada en oro. Eligieron el oro porque es inerte y querían evitar la erosión superficial por el haz enfocado. "Cuando encendimos el plasma", dice Hopkins, "pudimos medir la temperatura inmediatamente donde el plasma golpeó, y ver cómo cambiaba la superficie. Vimos que la superficie se enfriaba primero y luego se calentaba".

Según Hopkins, el enfriamiento de la superficie debía ser el resultado de la explosión de una capa superficial ultradelgada, compuesta por moléculas de carbono y agua. Un proceso similar ocurre cuando el agua fría se evapora de nuestra piel después de nadar. "La evaporación de las moléculas de agua en el cuerpo requiere energía. Toma energía del cuerpo, y es por eso que sientes frío", explica el profesor. "En este caso, el plasma arranca estas moléculas liberando energía y eso es lo que enfría".

Los microscopios utilizados en el experimento miden la temperatura usando un principio llamado "termometría óptica resuelta en el tiempo", que mide algo llamado "termorreflectancia". Básicamente, cuando el material superficial está más caliente, refleja la luz de manera diferente que cuando está más frío. Se necesita un microscopio especializado porque el plasma destruiría cualquier medidor de temperatura que lo tocara directamente.

Siguientes pasos

A partir de sus medidas, determinaron que podían reducir la temperatura en varios grados y durante unos pocos microsegundos. Aunque puede parecer risible, esto es suficiente para los dispositivos electrónicos pero, después de publicar su estudio en Nature Communications, se plantearon su podrían conseguir que la reacción fuera más fría y durase más tiempo.

Ahí es dónde entró la Fuerza Aérea norteamericana. Hopkins y su nuevo equipo en la universidad —los candidatos doctorales Daniel Hirt y Sara Makarem Hoseini— consiguieron nuevo equipo de la Fuerza Aérea y se lanzaron a cumplir el sueño dorado de cualquier científico loco: el rayo congelador. El grupo está investigando variaciones en el diseño original del rayo, estudiando diferentes gases, metales y recubrimientos superficiales para su modificación.

Hopkins imagina, por ejemplo, un brazo robótico que se mueve en respuesta a cambios de temperatura, con un electrodo corto y cercano que ataque los puntos calientes. "Este chorro de plasma puede ser extremadamente localizado", dice, tan preciso como un rayo láser. Queda mucho camino por recorrer pero no les faltan ganas para fabricar lo que antes se consideraba imposible.