Física

Casi desde su creación los telescopios tendieron a hacerse más y más grandes para aumentar su sensibilidad a las señales mas débiles. Pero cuando se trata de detectar partículas tan esquivas como los neutrinos  es necesario buscar algo más que tamaño. ¿Una posible solución? Convertir un kilometro cúbico de hielo en un gigantesco telescopio.

¿Buscando algo inestable para tu detector de partículas casero? ¿Qué tal un liquido a punto de entrar en ebullición?
Con ese principio básico, Donald Glaser desarrollo a mediados del siglo XX la cámara de burbujas. En esencia era un cilindro que contenía un líquido transparente a una temperatura justo por debajo de su punto de ebullición. Pero esa temperatura depende de la presión. Moviendo un pistón descendía la presión y comenzaban a formarse burbujas mientras el líquido entraba rápidamente en ebullición.

Una estela es suficiente para localizar un pequeño barco desde el aire. Hasta puede decirnos algo de sus dimensiones y velocidad. Y un rastro de burbujas puede permitirnos visualizar el movimiento de las invisibles partículas subatómicas.
¿Como ver algo tan diminuto que escapa a cualquier microscópico óptico o electrónico? ¿Como conocer la trayectoria de partículas que pueden desplazarse cerca la velocidad de la luz? Este era el problema que tenían los físicos a mediados del siglo XX. Lo cierto es que no era un problema nuevo, pero sus instrumentos estaban limitados para todo lo que querían descubrir. Su mejor herramienta por aquel entonces era la cámara de niebla. La idea básica era sencilla, si buscas detectar algo diminuto utiliza un sistema inestable que pueda cambiar de estado con una cantidad de energía diminuta.

Dicen que a toda causa le corresponde un efecto y a cada efecto una causa. Si fuese tan sencillo. En realidad la naturaleza puede ser mucho mas complicada. En ocasiones el efecto tiene poco que ver con las causas.
Tomemos unos simples granos de arena. Si los dejamos caer uno a uno van formando una pequeña montaña. Y la montaña es estable pero solo durante un tiempo. Llega un momento en que un simple grano de arena es capaz de provocar una avalancha, un efecto totalmente desproporcionado. Los físicos lo llaman una respuesta no-lineal, un concepto tremendamente interesante que habrá que explicar otro día.

Dependemos de la luz que generamos de mil maneras diferentes. Sin embargo, todas ellas se reducen a un principio básico, mover los electrones dentro de un átomo.
Dentro de las radiaciones electromagnéticas solo una pequeña franja de longitudes de onda (entre 380 y 780 nanómetros) forman el espectro visible, lo que conocemos como luz. Entender el mecanismo para generarla nos obliga a descender hasta el nivel de los átomos. Dentro de ellos nos encontramos a los electrones que forma parte de su estructura. Su posición no es fija y varia en función de la energía de poseen, pero su tendencia natural es reducir su nivel de energía al mínimo y para ello deben desprenderse de cualquier exceso. ¿Su método? Exacto. Emitir radiaciones.
Para lograr que un material emita radiación, algo debe proporcionar a los electrones energía suficiente para llegar a órbitas superiores de forma que, al decaer de forma natural, la emitan como radiación. A lo largo de la historia la humanidad ha probado todo tipo de métodos pero podemos resumirlos en solo cinco.

La semana pasada conté mis problemas colocando un espejo. Siendo una material tan frágil no vendría mal que desarrollasen un material plástico suficientemente bueno para sustituir al cristal. Pero el desarrollo más curioso esta siendo la utilización de líquidos como espejos, tanto en grandes telescopios como en las pequeñas lentes de un teléfono.

Un lago o un remanso de un río fueron durante mucho tiempo los únicos espejos. Una capa de líquido tranquila y lisa servia para reflejar las imágenes. Por eso no es extraño que, desde Isaac Newton , se pensase en utilizar líquidos para sustituir a las lentes, mucho mas caras, delicadas y difíciles de pulir. El candidato ideal era el mercurio, un metal liquido, fácil de manejar y con buenas propiedades ópticas. Aunque, a cambio, sea bastante tóxico.

Esta semana colocamos un espejo cuadrado en baño. En el proceso ha terminado con una pequeña grieta en una esquina, señal de no somos demasiado “manitas”, y eso me ha hecho recordar como unas ventanas cuadradas contribuyeron a cambiar la historia de la aviación.
El británico De Havilland Comet fue el primer reactor de pasajeros. Creado en 1952 servia de estandarte de la tecnología aeronáutica británica superior, en ese momento, a la de los rusos y norteamericanos. Su precioso diseño, con los motores integrados en las alas, llamaba la atención de los pasajeros. Por desgracia, sus diseñadores decidieron, también por razones puramente estéticas, que las ventanas debían ser cuadradas.

Hay 9.000 millones de toneladas de oro disueltas en mar. Y cantidades aun mayores de uranio o de casi cualquier metal que nos interese. El problema es que están disueltos. Su extracción no es rentable porque el coste energético es excesivo. Y algo parecido puede acabar pasando con el petróleo y otras fuentes de energía.

Es impresionante observar las gigantescas plataformas petrolíferas capaces de extraer petróleo a grandes profundidad. Como la Petronius . Una plataforma de más de 600 metros de altura anclada y 43.000 toneladas de peso que esta anclada en un lecho marino situado 500 metros por debajo. Se esta trabajando en pozos que extraer el petróleo a entre 3000 y 5000 metros de profundidad. Incluso se realizan estudios para encontrar y extraer petróleo bajo tres mil metros de agua y cinco kilómetros de lecho marino . Pero el coste energético de perforar hasta esa profundidad es alto. Y cuando el petróleo empieza a agotarse es habitual bombear agua para ayudar a extraerlo. El resultado es que, en los últimos años, el ratio entre la energía extraída y la utiliza en el proceso ha caído desde 25 a 1 hasta solo 15 a 1 . Es el llamado “retorno energético de la inversión” y puede ser un criterio más importante que la simple rentabilidad económica. El problema no es solo que el petróleo se agote o se vuelva más caro. Si el coste energético sigue subiendo puede ser mejor dejarlo bajo tierra que intentar extraerlo.