Una aspiradora con dos botones: cómo el plasma en un tokamak reúne partículas hacia el centro por sí solo

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Una aspiradora succiona el polvo incluso si hay más cerca de la boquilla. Así ocurre en un tokamak: las partículas de plasma se concentran hacia el centro, aunque su densidad sea mayor en el borde. Este fenómeno se denomina pellizco de partículas y contradice la regla habitual de que todo tiende a moverse de las zonas densas a las menos densas.

Los científicos simularon el borde del plasma en el dispositivo Alcator C-Mod y observaron cómo, a partir de un perfil de densidad plano, en pocos milisegundos surge un pico en el centro. La aspiradora se enciende sola, sin órdenes externas. Primero actúa la turbulencia: los remolinos del plasma transportan partículas hacia el interior cuando la temperatura aumenta hacia el borde y la densidad hacia el centro. Es como si en una multitud la gente se pasara unos a otros en la dirección adecuada, aunque cada paso sea aleatorio.

El segundo mecanismo resultó inesperado. La teoría convencional dice que el campo eléctrico debería empujar las partículas hacia afuera o no actuar en absoluto. Pero en el modelo se incluyeron la resistencia del plasma y la inercia de los electrones, y el campo adquirió un pequeño desplazamiento suficiente para succionar. Es como si a la aspiradora le hubieran encontrado un segundo botón que antes no se conocía.

Un experimento de control confirmó la hipótesis: cuando se eliminó el transporte de calor a través del campo, el pico de densidad desapareció. Es decir, es la falta de uniformidad en el calentamiento la que crea la asimetría que enciende la aspiradora. Antes se pensaba que tal efecto solo era posible en el caos turbulento, pero ahora se ve que incluso un campo tranquilo puede funcionar.

Este resultado es importante para los reactores de fusión. Para contener el plasma, es necesario saber dónde estarán las partículas de combustible. Si la aspiradora funciona siempre, se puede predecir con mayor precisión el perfil de densidad y diseñar mejor los futuros dispositivos. La aspiradora resultó no ser un juguete, sino una herramienta de trabajo.