Un poco como Zeus lanzando rayos, los físicos que trabajan en la cima de una montaña en Suiza han utilizado un láser de alta potencia para dirigir los rayos. El avance podría abrir el camino para usar láseres para proteger aeropuertos, plataformas de lanzamiento de cohetes y otras infraestructuras sensibles, dicen los investigadores. Aún así, no está claro si la tecnología de un millón de dólares funciona mejor que un pararrayos relativamente barato.
“Es inspirador”, dice Matteo Clerici, físico de la Universidad de Glasgow que no participó en el trabajo. “¿Cuál será la aplicación de esto? Solo podemos especular”.
Los relámpagos ocurren cuando la electricidad estática se acumula en las nubes de tormenta y comienza a descomponer las moléculas de aire circundantes. Caminos de aire debilitado eléctricamente se extienden como grietas en el parabrisas de un automóvil. Una vez que uno de esos caminos llega a algo en el suelo o se conecta con otros caminos que ascienden desde la superficie, 30.000 amperios de corriente brotan a través del canal irregular en una descarga masiva que puede abrir un agujero en un edificio y prenderlo fuego.
Para ayudar a prevenir tales daños, las personas confían en una tecnología inventada en 1752 por el erudito estadounidense Benjamin Franklin: el pararrayos. Consistente en una barra de metal puntiaguda unida al techo de un edificio y conectada al suelo por un cable, la barra crea un fuerte campo eléctrico que aleja los rayos del edificio. Cuando se golpea la varilla, el cable lleva la corriente a tierra de manera segura.
Desde que surgieron los primeros láseres en la década de 1960, los científicos han pensado en usarlos de manera similar para guiar los rayos, dice Aurélien Houard, físico de la École Polytechnique. En teoría, el rayo láser crearía un camino recto de aire ionizado a lo largo del cual la corriente podría fluir más fácilmente. Sin embargo, los primeros intentos con láseres de alta potencia fallaron porque, dentro de una distancia corta, el aire ionizado simplemente absorbió la luz del láser, dejando un canal de aire demasiado rechoncho para atraer o afectar a los rayos.
En la década de 1990, los físicos desarrollaron láseres que producían pulsos de solo femtosegundos de duración. Estos pulsos más cortos y de menor energía demostraron ser más efectivos para abrir canales conductores, dice Houard. La luz láser ioniza un poco de aire, que luego funciona como una lente para enfocar aún más la luz en un «filamento» largo del ancho de un cabello. El haz delgado calienta el aire, alejando las moléculas y dejando un canal de aire de menor densidad, que conduce mejor la electricidad.
Al menos, lo hace en experimentos de laboratorio. Los esfuerzos para controlar los rayos naturales en Nuevo México en 2004 y Singapur en 2011 aún no lograron influir en las trayectorias de los rayos, señala Houard.
Ahora, los científicos dirigidos por Houard y Jean-Pierre Wolf, físico de la Universidad de Ginebra, lo han logrado. Colocaron un láser de femtosegundo en la cima de la montaña Säntis en el noreste de Suiza junto a una torre de telecomunicaciones de 124 metros de altura. Como un pararrayos gigante, la torre recibe rayos más de 100 veces al año. Los investigadores hicieron brillar su láser más allá de la parte superior de la torre desde julio hasta septiembre de 2021 durante un total de más de 6 horas de tormentas eléctricas.
La torre fue golpeada al menos 15 veces durante ese período, incluidas cuatro veces cuando el sistema láser estaba funcionando. Los investigadores estudiaron los rayos tanto con antenas de radio que flanqueaban la montaña, que trazaron la trayectoria del rayo, como con cámaras de alta velocidad. En los cuatro rayos tomados con el láser encendido, el relámpago siguió la trayectoria del rayo láser antes de saltar a la torre, el equipo de 28 miembros informa hoy en Fotónica de la naturaleza. Por lo tanto, los investigadores dirigieron los últimos 50 metros de la trayectoria aleatoria de cada rayo.
Los investigadores tuvieron éxito donde otros no lo habían hecho, en parte porque su láser disparó 1000 veces por segundo, en lugar de 10 o menos, dice Houard. Los pulsos de fuego rápido mantuvieron abierto un canal conductivo estable incluso en la atmósfera arremolinada, especula. ¿La otra gran diferencia? “Elegimos un lugar específico donde los rayos siempre caen en el mismo punto”, dice.
El resultado es la culminación de un proyecto europeo de 5 años y 4 millones de euros, dice Houard. Para hacerlo funcionar, los investigadores tuvieron que desarmar su delicado láser, llevarlo a la montaña pieza por pieza en una góndola y contratar al helicóptero más grande de Suiza para ensamblar un edificio para albergarlo.
Los investigadores aún tienen un largo camino por recorrer para demostrar que la técnica captura los rayos de manera eficiente. También quieren demostrar que el láser no solo puede guiar los rayos, sino también dispararlos para drenar la amenaza de manera preventiva, dice Houard. Aún así, Stelios Tzortzakis, físico de la Universidad de Creta, dice: «El trabajo marca un gran hito».
Pero, ¿puede un láser de dos millones de dólares competir con un pararrayos baratísimo? En algunos casos, tal vez, dice Houard. Un pararrayos protege un área de aproximadamente el doble de ancho que la altura del pararrayos, por lo que la esperanza sería hacer un «pararrayos virtual» muy alto que cubriría un área más grande de lo que sería factible con un pararrayos de metal. Tzortzakis está de acuerdo y agrega que el objetivo no debe ser reemplazar el pararrayos convencional, sino ampliar su rango de cobertura.
Houard dice que su equipo ha discutido la construcción de un sistema para ayudar a proteger los cohetes Ariane en la plataforma de lanzamiento del puerto espacial europeo en la Guayana Francesa. Los cohetes, por supuesto, llevan el nombre de la diosa griega Ariadna, princesa de Creta y nieta de Zeus. ¿Qué podría ser más apropiado?
