reconexión magnética

Cuatro testigos de un mismo cruce. El 10 de noviembre de 2017, los cuatro satélites MMS atravesaron una frontera invisible en el viento solar, donde las líneas de campo magnético se reorganizan y liberan energía.

Cuatro testigos de un mismo cruce. El 10 de noviembre de 2017, los cuatro satélites MMS atravesaron una frontera invisible en el viento solar, donde las líneas de campo magnético se reorganizan y liberan energía.

El horno microondas calienta la comida, pero en el laboratorio las microondas han hecho algo distinto: han convertido un superconductor en un imán permanente. Una película de óxido de itrio, bario y cobre de 300 nanómetros de espesor, enfriada a 80 kelvin, respondió a una radiación de 5 gigahercios.

Por un camino estrecho avanzan dos caravanas en direcciones opuestas. Una es ancha y lenta, lleva la carga de la densidad. La otra, una hilera de carretas ligeras con corriente, se desliza entre las primeras. Así, en la descarga del magnetrón coexisten dos estructuras que giran en sentidos contrarios: la aguja de densidad y los filamentos de corriente.

Las ondas de radio de un púlsar lejano atraviesan el medio interestelar y, en su camino, se topan con estructuras magnéticas invisibles del tamaño de la distancia entre el Sol y la Tierra.

En el Sol hay una capa llamada cromosfera. Se encuentra justo encima de la superficie visible y es donde a menudo aparecen arcos brillantes. Se ven con telescopio, pero para entender qué los enciende hay que mirar los campos magnéticos invisibles.

Dentro de una llamarada solar, las líneas magnéticas se rompen como gomas elásticas tensas y se vuelven a cruzar, liberando en minutos una energía que bastaría para abastecer a la humanidad durante millones de años. En el laboratorio, este proceso, la reconexión magnética, durante mucho tiempo solo se podía iniciar, pero no detener.

Dentro de una llamarada solar, las líneas magnéticas se rompen como gomas elásticas tensas y se vuelven a cruzar, liberando en minutos una energía que bastaría para abastecer a la humanidad durante millones de años. En el laboratorio, este proceso, la reconexión magnética, durante mucho tiempo solo se podía iniciar, pero no detener.

El campo magnético suele actuar como un estricto controlador de tráfico: para que el calor se convierta en electricidad, debe colocarse de través en el camino. Si el campo se alinea con el flujo de calor, el efecto desaparece, o al menos así se creyó durante décadas.

Una placa de cobre del tamaño de una moneda se vaporiza bajo el impacto del láser en milmillonésimas de segundo. La nube caliente de cobre se estrella contra el helio frío, como un chorro de vapor en el aire helado.

Un vórtice en un material magnético es como un remolino, pero en lugar de agua, lo que gira son las direcciones de la magnetización. Un electrón que atraviesa ese vórtice no siente solo un campo magnético, sino una curvatura del espacio: su camino se dobla como si rodara por un embudo con cuello estrecho.

Un destello de rayos X atraviesa la materia en milmillonésimas de segundo. Para recordarlo, los físicos hacen que los átomos absorban brevemente esa luz y luego la liberen. Pero recuperar un fotón bajo demanda es como sacar el libro correcto de un armario cuyas estanterías se mueven solas.

La corona solar vive una vida turbulenta. Los campos magnéticos aquí obedecen los movimientos de la densa superficie del Sol (la fotosfera), pero a veces ellos mismos reescriben el patrón magnético. Durante las erupciones, los bucles coronales —arcos de plasma— se retuercen y se reconectan.

Un espejo magnético es un tubo abierto por ambos extremos. El campo magnético en su interior está dispuesto de modo que el plasma caliente no se escape: en los extremos se concentra, como un tapón en una botella. Las partículas de plasma que vuelan hacia la salida son repelidas por estos «tapones» y regresan.

La carrera por la energía de fusión se parece a intentar atrapar un rayo en una botella. Durante décadas, los físicos han luchado por recrear en la Tierra los procesos que alimentan al Sol.

En los superconductores, los electrones se unen en pares y fluyen sin resistencia. Normalmente, estos pares se distribuyen de manera uniforme, como el agua en un lago tranquilo. Pero a veces surge un rizo en el material: los pares se agrupan y se dispersan con un paso determinado. Este estado se denomina superconductividad con onda de densidad de pares.

Las ondas de radio —oscilaciones electromagnéticas de alta frecuencia— son impotentes frente al espesor de la Tierra: se atenúan y se absorben casi por completo a solo un par de metros de profundidad. Pero el campo magnético de baja frecuencia, que obedece a las ecuaciones de la electrodinámica, se comporta de otra manera.

Los satélites modulares están formados por bloques cúbicos, como un juego de construcción. Al impactar basura espacial, parte de ellos se destruye, creando un agujero. Los ingenieros se inspiraron en la capacidad de los tejidos vivos para cerrar heridas.

La red eléctrica es como una galaxia, donde los generadores masivos, como estrellas, marcan el ritmo con su rotación sincrónica. Con la llegada de la energía verde, aparecen los 'planetas': los convertidores de potencia. Unos giran obedientemente en sus órbitas, otros intentan convertirse en centros de atracción.

Un globo inflable con líneas de campo magnético dibujadas con rotulador es un modelo sencillo de cómo se comporta un campo magnético débil en un universo en expansión. Mientras el globo es pequeño, las líneas yacen obedientemente sobre la goma y no impiden que se estire. Así, aproximadamente, el campo llena el espacio ya existente sin discutir con su geometría.

En el centro de muchas galaxias se esconde una nube invisible: el halo de materia oscura. Si esta materia es lo bastante fría y ligera, se comporta como un líquido superfluido: fluye sin fricción y cualquier rotación se enrolla en diminutos vórtices cuánticos, hilos del tamaño de un núcleo atómico.

Un superconductor normalmente no se lleva bien con un imán: un campo intenso destruye el estado en el que la corriente fluye sin resistencia. Pero en capas delgadas de carbono, todo es diferente.

En las enormes nubes de gas enrarecido que llenan el espacio entre las estrellas, algo bulle constantemente. Explosiones de supernovas, flujos que chocan: todo esto agita el plasma. Y en estas ondas, según se ha descubierto, se esconde un mecanismo que da origen a los campos magnéticos.

El cosmos está atravesado por campos magnéticos. Los tienen las galaxias, las estrellas e incluso los vacíos casi vacíos (enormes regiones vacías entre cúmulos de galaxias). Normalmente se cree que los campos se amplifican a partir de campos 'semilla' débiles gracias a la turbulencia, como una dinamo.

Una película magnética delgada se asemeja a una fila de soldaditos con pequeñas agujas magnéticas. En el mundo plano, los golpes térmicos desordenan rápidamente esa fila: el más mínimo calentamiento destruye el orden. Así funciona el teorema de Mermin-Wagner: en dos dimensiones, una simetría continua no sobrevive a temperatura finita.

Los núcleos activos de galaxias (AGN) son las principales centrales eléctricas cósmicas: su corona de rayos X arde millones de veces más caliente que las atmósferas estelares. Pero, ¿quién enciende la chispa?

El campo magnético de la Tierra es como un escudo invisible que nos protege de la radiación cósmica. Pero si observamos su patrón promedio a lo largo de mucho tiempo, notamos que este escudo no es perfectamente liso: tiene sus 'costuras' y 'parches'.

Normalmente, la superconductividad es una historia de frío. Cuanto más baja la temperatura, más fácil que los electrones se emparejen y fluyan sin resistencia. Pero en un nuevo trabajo, los físicos cultivaron películas delgadas de niquelatos con una adición de europio y observaron el panorama inverso.

Un cable de teléfono muy retorcido se revienta y chispea. Así se comportan los campos magnéticos en el Sol: se retuercen, se rompen y se reconectan, alimentando las erupciones. Los astrónomos vieron este proceso directamente por primera vez. Un lazo estaba retorcido 540 grados — una vuelta completa y media más. Esto es tres veces más de lo que se creía posible.

En el universo joven y caliente, como en una sala de baile abarrotada, giraban los monopolos magnéticos — partículas solitarias que portan solo el polo norte o solo el polo sur. En un imán común, los polos siempre van en pares, pero aquí cada uno va por su cuenta.

El Sol es un caldero hirviente de hidrógeno y helio, donde el gas incandescente está atrapado en lazos magnéticos. Cuando los invisibles látigos magnéticos se reconectan, se libera una energía comparable a miles de millones de explosiones termonucleares. ¿Adónde va?

El cosmos está lleno de velocistas invisibles: partículas que corren casi a la velocidad de la luz. Se capturan en el viento solar, cerca de estrellas de neutrones e incluso en el vacío intergaláctico entre galaxias. Pero, ¿qué las acelera donde no hay ondas de choque ni reconexiones magnéticas?

La luz solar incide sobre la materia y cada fotón expulsa un electrón. Ese es el orden habitual, por el cual las baterías comunes no pueden convertir en electricidad más de un tercio de la energía: el resto se disipa en calor.

Dos estrellas de neutrones dan vueltas en una danza final. Si su giro coincide con el movimiento orbital, los compañeros se fusionan limpiamente, expulsando un chorro estrecho de materia incandescente. Pero si giran en direcciones opuestas, la danza se rompe, esparciendo un denso manto de escombros.

Dos estrellas de neutrones —restos de astros muertos, comprimidos hasta el tamaño de una ciudad pero con el peso de todo un Sol— giran una alrededor de la otra y finalmente colisionan. En ese instante nace algo intermedio entre un agujero negro y un imán ultrapotente: un campo miles de millones de veces más fuerte que el del más potente escáner de resonancia magnética.

Una farola parpadea cuando alguien pasa por delante. Algo parecido hace la estrella más cercana a nosotros, Próxima Centauri: se enciende en respuesta al movimiento de sus planetas. Los astrónomos observaron esta estrella con un instrumento muy sensible, el espectrógrafo ESPRESSO. Este capta la luz y la descompone en colores, como un prisma.

En la orquesta de los átomos, cada instrumento tiene su propia partitura. Pero a veces dos músicos empiezan a tocar al unísono, y el sonido se amplifica muchas veces. En el mundo cuántico, esta 'armonía' se llama resonancia de Feshbach. Permite controlar las interacciones atómicas con una precisión de joyero.

En diciembre de 2011, el cometa Lovejoy se lanzó audazmente a través de la ardiente corona del Sol. Inmediatamente después, una llamarada. Los científicos verificaron si el cometa pudo haberla provocado. La atmósfera del Sol está entretejida con tensos lazos magnéticos, como la cuerda tensa de un arco.

Un superconductor se parece a una ronda perfecta de electrones: se mueven en parejas sin perder energía, como bailarines que nunca pierden el ritmo. Pero basta con añadir algunas impurezas magnéticas, y en la ronda se cuelan intrusos que perturban el movimiento sincronizado. La temperatura a la que comienza este baile desciende.

En una olla de sopa hirviendo, de vez en cuando saltan pequeñas gotas de grasa, cien veces más calientes que el caldo. Así es más o menos el futuro plasma de fusión: la mayor parte de los iones se calienta a cientos de millones de grados, y una pequeña impureza de partículas 'rápidas' (nacidas de la fusión de núcleos) está aún más acelerada.