Un nuevo experimento con láseres podría explicar el origen del rayo

Investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA) han logrado un avance significativo en la comprensión de cómo se producen los rayos mediante el uso de láseres para atrapar y estudiar partículas en aerosol. Este innovador enfoque permite observar cómo estas partículas se cargan eléctricamente, lo que podría arrojar luz sobre los procesos que conducen a la formación de rayos.

Las partículas en aerosol son diminutas gotas o partículas sólidas suspendidas en el aire, que pueden ser tan pequeñas que son invisibles a simple vista. La estudiante de doctorado Andrea Stöllner y su equipo han estado investigando el comportamiento de los cristales de hielo en las nubes, utilizando esferas de sílice como modelos para entender cómo se cargan eléctricamente.

El equipo desarrolló una técnica que utiliza dos haces de láser que se cruzan para atrapar y estabilizar una sola partícula de sílice, permitiendo así un análisis detallado de su carga eléctrica. Este método abre nuevas posibilidades para investigar cómo comienza la electrificación de las nubes y cómo se desencadenan los rayos.

Construyendo una trampa láser estable

En el laboratorio, los láseres se utilizan para crear un punto de luz concentrado que puede mantener en suspensión a las partículas. Cuando una partícula es atrapada, emite un destello verde, confirmando que el sistema ha funcionado correctamente. Stöllner recordó su emoción al atrapar una partícula por primera vez, un momento que marcó un hito en su investigación.

El proceso de carga de las partículas se produce a través de un fenómeno conocido como "proceso de dos fotones", donde dos fotones golpean la partícula simultáneamente y pueden expulsar un electrón, lo que resulta en una carga positiva. A medida que la partícula se expone más a los láseres, su carga positiva aumenta.

Además, el equipo observó que las partículas a veces liberan cargas de forma repentina, lo que sugiere que podrían estar imitando comportamientos que ocurren en la atmósfera. Estos ciclos de acumulación y liberación de carga podrían ser similares a lo que sucede en las nubes durante una tormenta.

Buscando la chispa inicial del rayo

Las nubes de tormenta contienen una mezcla de cristales de hielo que, al chocar, intercambian cargas eléctricas. Con el tiempo, esta acumulación de carga puede llevar a la formación de rayos. Una de las teorías sugiere que la chispa inicial de un rayo podría originarse directamente de los cristales de hielo cargados. Sin embargo, el mecanismo exacto detrás de la formación de rayos aún no se comprende completamente.

El nuevo sistema de Stöllner permite explorar esta teoría al examinar de cerca la dinámica de carga de las partículas en el laboratorio. Aunque los cristales de hielo naturales son mucho más grandes que las partículas de sílice utilizadas en el experimento, el equipo espera que los efectos a pequeña escala que observan puedan ayudar a entender los procesos más grandes que crean rayos.