El láser que ayuda a entender cómo se cargan las nubes y se generan los rayos

Utilizar láseres como herramienta para estudiar la carga eléctrica de las nubes ya no pertenece al terreno de la ciencia ficción. En el Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA), un grupo de investigadores ha conseguido atrapar y cargar diminutas partículas mediante haces láser para analizar su comportamiento eléctrico. Esta innovadora técnica, presentada en la revista Physical Review Letters, podría ayudar a desvelar los mecanismos que provocan los rayos.

Los aerosoles, presentes constantemente en el aire, pueden ser visibles como el polen o imperceptibles como los virus en invierno. La investigadora Andrea Stöllner, doctoranda en el ISTA e integrante de los grupos dirigidos por Scott Waitukaitis y Muller, se centra en estudiar cristales de hielo presentes en las nubes utilizando aerosoles modelo: pequeñas esferas transparentes de sílice. Su objetivo es comprender cómo estos cristales adquieren carga eléctrica y cómo interactúan entre sí.

Junto con el exinvestigador Isaac Lenton y otros colaboradores, Stöllner ha logrado crear un sistema que emplea dos haces láser para capturar una única partícula y cargarla eléctricamente. Esta técnica abre nuevas posibilidades para examinar cómo se electrifican las nubes, un proceso que sigue siendo en gran parte desconocido.

En el laboratorio, los haces láser verdes rebotan entre espejos hasta coincidir en un punto donde actúan como una especie de pinzas ópticas que capturan las partículas suspendidas en el aire. Un destello verde indica que una partícula ha sido atrapada con éxito, momento que marca el inicio de su análisis.

Stöllner ha dedicado casi cuatro años a perfeccionar este experimento, basado en una versión anterior desarrollada por Lenton. «Originalmente, nuestro montaje estaba diseñado para contener una sola partícula, analizar su carga y determinar cómo la humedad la modifica», señala. No obstante, avanzaron más allá de lo previsto y descubrieron que el láser empleado también modificaba la carga de las partículas.

El equipo identificó que el proceso de carga se produce mediante la absorción simultánea de dos fotones, lo que provoca la expulsión de un electrón y deja la partícula con una carga positiva. Esta carga aumenta gradualmente, pero también presenta descargas espontáneas, lo que proporciona información valiosa sobre su comportamiento eléctrico.

Esta dinámica de carga y descarga resulta especialmente relevante en el estudio de las nubes de tormenta. En su interior, los cristales de hielo y otras partículas colisionan, generando intercambio de cargas. Una de las teorías más extendidas sugiere que los rayos podrían originarse en estos cristales cargados, aunque no se descarta la influencia de los rayos cósmicos. Según Stöllner, sin embargo, los campos eléctricos detectados en las nubes suelen ser demasiado débiles para explicar por sí solos la formación de los rayos.

«Nuestro nuevo sistema nos permite explorar la teoría de los cristales de hielo examinando de cerca la dinámica de carga de una partícula a lo largo del tiempo», afirma la científica. Aunque los cristales reales en las nubes son más grandes que los utilizados en el laboratorio, este trabajo a microescala podría arrojar luz sobre procesos naturales de gran escala. «Nuestros cristales de hielo modelo muestran descargas, y tal vez haya algo más. Imaginen si, con el tiempo, crean diminutas chispas de relámpagos; sería increíble», concluye.