Cuando te imaginas un relámpago, tiende a ser bastante sencillo: un rayo de luz irregular que divide el cielo y desaparece en menos tiempo del que lleva parpadear.
Pero durante siglos ha surgido una imagen extraña de una forma más espeluznante.
Miles de registros y relatos de testigos presenciales han hablado de bolas de relámpagos flotando sobre el suelo antes de desaparecer en un estallido como pompas de jabón.
Este fenómeno fugaz es prácticamente imposible de estudiar, y los informes varían enormemente en las descripciones de su tamaño, su tono e incluso su comportamiento, lo que lo convierte en uno de los misterios más peculiares de la ciencia atmosférica.
Pero si no se pueden captar centellas en un campo, razonaron el físico Chuliang Zhou y sus colegas de la Academia de Ciencias de China, tal vez podamos aprender más reproduciendo algo parecido en un laboratorio.
“Aquí presentamos la primera generación controlada de un solitón macroscópico de larga vida impulsado por campos electromagnéticos relativistas de terahercios”, escriben los investigadores en un artículo publicado en Nature Photonics.
“Este trabajo establece una plataforma accesible en laboratorio para investigar la física óptica de los solitones, los mecanismos avanzados de almacenamiento de energía y el antiguo enigma científico de las centellas”.
Un solitón es esencialmente una onda única y autónoma que mantiene su forma e integridad estructural a través de un delicado equilibrio de fuerzas físicas.
Pueden formarse en plasma, agua, luz y potencialmente incluso en algunas membranas biológicas; básicamente, en cualquier medio donde los efectos físicos en competencia puedan equilibrarse para mantener una onda estable.
Algunas teorías sugieren que los rayos en forma de bola son una especie de solitón electromagnético que atrapa energía en una capa de plasma.
Para descubrir si podían fabricar este tipo de solitón, los investigadores recurrieron a una pieza de tungsteno muy, muy puntiaguda.
Bueno, fue un poco más complicado que eso, pero la aguja de tungsteno, con una punta de sólo 100 nanómetros de diámetro, fue fundamental. Un cabello humano, por contexto, mide entre 80.000 y 100.000 nanómetros de ancho.
Los investigadores dispararon un pulso láser ultracorto a la aguja, generando una poderosa onda electromagnética que viajó a lo largo de toda su longitud.
Cuando la onda alcanzó la punta, su energía se concentró en un campo eléctrico extraordinariamente intenso que arrancó electrones de los átomos en una nube de gas argón, creando una burbuja sobrecalentada de plasma de argón ionizado.
Parpadeó y apareció como una pequeña bola de luz.
La frágil y luminosa esfera comenzó como un pinchazo de unos 80 micrómetros de diámetro, luego se expandió hasta convertirse en un pinchazo más grande de varios cientos de micrómetros durante los siguientes 100 nanosegundos.
Puede que no parezca mucho tiempo, pero es mucho más largo que el pulso electromagnético del que nació. Y en lugar de simplemente disiparse como una nube ordinaria de plasma caliente, la esfera mantuvo su estructura a medida que se expandía.
Los investigadores rastrearon esta expansión y analizaron las longitudes de onda de la luz que emitía la esfera mientras se enfriaba, comparando sus observaciones con modelos teóricos y simulaciones por computadora.
Los investigadores descubrieron que esta expansión coincidía con las predicciones teóricas para un solitón electromagnético.
Esto sugiere que la energía electromagnética permaneció atrapada dentro del plasma, ayudando a sostener el orbe brillante incluso mientras se expandía.
Por el contrario, sus simulaciones de la expansión térmica en plasma ordinario produjeron un proceso mucho más rápido y difuso.
Pero un pequeño punto de luz en un experimento de laboratorio cuidadosamente controlado está lejos de las condiciones atmosféricas salvajes en las que normalmente se informa sobre los rayos en forma de bola.
Entonces, los investigadores utilizaron sus modelos teóricos para ver cómo podría comportarse el fenómeno a escalas mayores, impulsado por radiación electromagnética de menor frecuencia.
Sus cálculos sugirieron que los solitones electromagnéticos impulsados por microondas, en lugar de radiación de terahercios, en teoría podrían crecer hasta metros de ancho y persistir durante segundos.
Esto se acerca mucho más a algunos de los informes de testigos presenciales sobre cómo se comportan las misteriosas bolas de relámpagos.
Está lejos de ser una explicación definitiva para los rayos en forma de bola, pero resolver misterios meteorológicos no es la única aplicación potencial para estas pequeñas bolas de fuego.
La capacidad de atrapar energía electromagnética en una estructura estable y localizada también podría abrir nuevas vías para las tecnologías de almacenamiento de energía y el estudio de cómo la luz interactúa con la materia en condiciones extremas.
“Nuestro enfoque de laboratorio controlado para la caracterización espaciotemporal en condiciones sintonizables proporciona una vía sistemática para decodificar el enigma centenario de la formación de centellas”, escriben los investigadores.
“Al unificar la fotónica de campos extremos, la ciencia del plasma y la geofísica atmosférica, nuestros hallazgos redefinen las plataformas impulsadas por terahercios como motores de descubrimiento tanto para tecnologías aplicadas como para fenómenos naturales no resueltos”.
La investigación ha sido publicada en Nature Photonics.
Este artículo fue verificado por Rebecca Dyer y editado por Rebecca Dyer. Si bien nos enorgullecemos de nuestro proceso, somos humanos. Si detecta un error, háganoslo saber.