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18 décembre 2013 3 18 /12 /décembre /2013 11:06

Miércoles, 18 de diciembre de 2013

Diálogo con Fernando Minotti, doctor en Física de la UBA

El universo es un plasma

A pesar de que hace años que la industria recurre a fenómenos relacionados con el plasma, como la reacción de gases a una descarga eléctrica que enciende nuestros tubos de luz y da color a nuestros televisores, es una rama en la que aún queda mucho por descubrir.

Por Leonardo Moledo
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–Cuénteme en qué trabaja.

–Cuando terminé mi posdoctorado, volví a Argentina y empecé a trabajar en fluidos, plasmas y aplicaciones industriales, médicas, biológicas...

–¿Qué es un plasma?

–Es un gas que se calienta mucho, de manera que se ioniza y empieza a tener interacciones entre partículas cargadas (electrones e iones positivos). Es un gas con una dinámica muy interesante porque presenta fuerzas electromagnéticas. Y la mayor parte del universo está formada de plasma (salvo en la Tierra).

–Y en Júpiter...

–No, en Júpiter también. En temperaturas relativamente bajas, que son las necesarias para la vida tal como la conocemos, el plasma no se desarrolla. Para ionizar un gas hacen falta altas temperaturas o densidades muy bajas, de manera que casi no hay plasma. Las partículas del gas no tienen tiempo de recombinarse. La presencia de partículas ionizadas (electrones, protones) se da en el espacio, por ejemplo.

–O sea que el universo es un plasma.

–El 99,99 por ciento de la materia visible del universo está en estado de plasma: el Sol, las estrellas, la materia interestelar...

–Salvo pequeñas islas como la Tierra.

–Claro.

–¿De qué temperaturas estamos hablando?

–Para empezar a tener ionizaciones, por encima de los diez mil grados. Ese es el límite.

–Pero la superficie del Sol está a seis mil grados...

–Bueno, pero entran a jugar otros factores, como por ejemplo la densidad. En el interior del sol hay millones de grados, por otra parte.

–¿Y qué hace usted con eso?

–En muchas aplicaciones industriales, el gas con el que se trabaja está en esas condiciones. Nosotros intentamos comprender la dinámica de eso para saber cómo va a evolucionar.

–¿Las pantallas de plasma?

–Bueno, ahí lo que hay son pequeñas cavidades que están con un gas a baja presión, donde se hacen descargas que justamente lo que hacen es producir un plasma muy chiquitito que produce luz. De acuerdo con el material se producen distintos colores.

–Agreguemos que ionizar es cargar.

–Claro, sacar o meter un electrón, de modo tal que no sea neutro. Ese es sólo un ejemplo, pero también están los tubos fluorescentes, por ejemplo. El gas que está dentro está levemente ionizado. Es un plasma de electrones muy calientes que genera reacciones que emiten luz. En general, casi todo proceso industrial medianamente elaborado incluye un plasma.

–No sólo el universo sino la industria.

–En la industria tenemos que meter energía para lograr un plasma; en el universo no hace falta.

–Cuénteme qué es lo que hace específicamente.

–Bueno. Todos estos proyectos que se desarrollan para la industria tienen una dinámica muy complicada, porque el plasma es complicado; hay muchas interacciones, hay que ver cómo se genera, la descarga eléctrica que lo produce. Todo eso es muy complejo y no es del todo conocido, por más que sean fenómenos relativamente comunes que se usan hace centenares de años (una descarga eléctrica, una chispa). Es una rama en la cual se siguen descubriendo cosas.

–¿Por ejemplo?

–La forma en que algunos tipos de gases reaccionan a la corriente. Si el oxígeno se carga negativamente, los portadores de carga en lugar de ser livianos son muy pesados, entonces se da un proceso completamente distinto. Un electrón tiene tan poca masa que fluye rápidamente y puede generar corriente muy fácilmente. Cuando el portador es positivo, son átomos que perdieron electrones y por lo tanto son pesados. Cuando son negativos, son livianos, fáciles de mover, salvo que los tome algún material electronegativo, que son los que toman oxígeno, entonces ahí los portadores terminan siendo, en lugar de los electrones, otras cosas más pesadas. Y ahí la dinámica es muy distinta, porque no se mueve igual que un electrón.

–¿Y ahí qué pasa?

–Baja la conductividad eléctrica, por ejemplo.

–Un científico es una persona que no sabe algo y está intentando responderlo.

–Elabora, a partir de las pocas cosas que sabe, algunas hipótesis.

–¿Y qué es lo que usted no sabe y está tratando de averiguar?

–Por ejemplo, ahora empezamos a estudiar unos propulsores de plasma para satélites. Hace poco se puso en órbita el Capitán Beto, el nanosatélite argentino, y la gente que puso en órbita el satélite se puso en contacto con nosotros para desarrollar dos propulsores, para ese satélite, de plasma. Se hace una descarga eléctrica, esa descarga eléctrica sublima o evapora material de un aislante y ese material se expulsa del propulsor, que genera pulsitos, o descargas, que acumuladas en el tiempo son capaces de darle impulso al satélite. Ahora estamos buscando cuál es la mejor manera de construir esos propulsores, con todas las limitaciones que uno tiene (la poca potencia de los satélites chiquitos, por ejemplo). Hay muchas condiciones, muy restrictivas, en las cuales uno tiene que calentar material, evaporarlo y acelerar con muy poca potencia disponible. Nos vemos obligados a estudiar todos los procesos microscópicos, a ver cómo una descarga eléctrica genera ciertos productos, que junto a la radiación ultravioleta evaporan el material aislante y cómo interactúa el plasma con una corriente electromagnética...

–¿Qué ocurre?

–Esencialmente, se ponen los electrodos con una diferencia de potencial importante. Por varios mecanismos, algún electrón puede ser emitido de alguno de los electrodos y ese electrón, en su movimiento en el gas, y si el campo eléctrico es lo suficientemente intenso, se acelera en ese campo, gana suficiente energía y puede ionizar las moléculas del gas. Y a su vez puede generar nuevos electrones, una especie de reacción en cadena. Si entre colisión y colisión el campo eléctrico es lo suficientemente alto como para que se acelere el nuevo electrón, entonces eso se puede sostener y generarse una cantidad de portadores de carga que conducen carga eléctrica de un lado a otro.

–Eso es carga eléctrica llevada “al hombro”; no es una onda electromagnética.

–No, es una cascada de ionización.

–Se lleva la electricidad “a mano”.

–Claro.

–Es un proletariado eléctrico. Ahora... cuando usted dice que el 99,99 de la materia visible es plasma, es una cosa que poca gente sabe. Cuando dice que toda la industria de avanzada utiliza plasma, no lo entiendo bien. Por ejemplo: la industria del automóvil. No entiendo cómo podría usar plasma.

–No sé el caso puntual, pero supongo que usa plasma. Se usa mucho para el tratamiento de superficie, para cambiar propiedades (endurecerlas, hacerlas más resistentes al desgaste, al rallado). Allí se depositan películas muy duras que se pegan al material y lo endurecen.

–¿Y en computación?

–Ahí es esencial, para los circuitos integrados, por ejemplo. Las tabletas de silicio son con descargas, con plasma...

–¿Y cómo se maneja el tema de la temperatura?

–Lo que pasa es que éstas son cosas que se hacen a baja presión, donde al estar más separados los componentes les cuesta más recombinarse. Es lo que le contaba que pasa en el espacio: no necesariamente la temperatura tiene que ser alta, pueden estar separados los materiales.

–La temperatura es muy baja en el polvo interestelar.

–El problema es que no hay equilibrio termodinámico allí, entonces no es fácil hablar de temperaturas. Puede ser que tenga electrones, partículas sueltas con mucha energía que, en ese sentido, están calientes. Pero como no interactúan con otra cosa, no tienen forma de intercambiar y calentar o enfriarse ellos. Por eso es difícil hablar de temperatura.

–¿Alcanza con una partícula para que haya plasma?

–El plasma es una sustancia que requiere un comportamiento colectivo; hacen falta muchas partículas para llamarlo plasma. Si son partículas sueltas, no hay plasma. Como interactúan a través de campos electromagnéticos, en el espacio se dan fenómenos colectivos.

–¿Somos plasmadependientes?

–Hoy en día, creo que sí, que una enorme parte de nuestra tecnología, incluso en medicina se necesita plasma. Y se está investigando mucho para seguir avanzando.-

 

 

 

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Miguel Bakunin

 

 

Carl Sagan

Así, a medida que la ciencia avanza, Dios parece tener cada vez menos que hacer. Es un gran universo, desde luego, por lo que Él, Ella o Ello, podría estar ocupado provechosamente en muchos sitios. Pero lo que evidentemente ha ocurrido es que ante nuestros propios ojos ha ido apareciendo un Dios de los vacíos; es decir, lo que no somos capaces de explicar, se lo atribuimos a Dios. Después, pasado un tiempo, lo explicamos, y entonces deja de pertenecer al reino de Dios. Los teólogos lo dejan de lado y pasa a la lista de competencias de la ciencia.

 

Carl Sagan: “La diversidad de la ciencia” [2007]



 

Stepehen Hawking

"La estirpe humana no es más que un sustrato químico en un planeta pequeño, orbitando alrededor de una estrella mediana, en los suburbios de una galaxia del centenar de miles de millones que existen"

 

Carlos Marx

“Durante el curso de su desarrollo, las fuerzas productivas de la sociedad entran en contradicción con las relaciones de producción existentes, o, lo cual no es más que su expresión jurídica, con las relaciones de propiedad en cuyo interior se habían movido hasta entonces. De formas de desarrollo de las fuerzas productivas que eran, estas relaciones se convierten en trabas de esas fuerzas. Entonces se abre una era de revolución social” (1859)

 

 

Albert Einstein

Si una idea no parece absurda

de entrada,

pocas esperanzas

hay para ella.-

 

Groucho Marx

"El secreto de

la vida es

la honestidad y

el juego

limpio, si puedes

simular eso,

lo has conseguido."  

  

MARX, Groucho (1890-1977) 
Actor estadounidense