Un potente láser puede redirigir los rayos

En la cima de la montaña Säntis en Suiza, los investigadores instalaron un potente láser infrarrojo junto a una torre de telecomunicaciones con un pararrayos (en la foto) con la esperanza de atrapar un rayo. El láser verde de esta foto se utilizó para marcar la trayectoria del láser infrarrojo.

TRUMPF, Martín Stollberg

Por María Temming

16 enero 2023 a las 11:00 am

Como un martillo de alta tecnología de Thor, un poderoso láser puede agarrar un rayo y desviar su camino a través del cielo.

En un experimento en la cima de una montaña, un láser de este tipo desvió un rayo hacia un pararrayos, informan los investigadores en línea el 16 de enero en Nature Photonics. Los científicos han usado láseres para controlar la electricidad en el laboratorio antes, pero esta es la primera demostración de que la técnica funciona en tormentas del mundo real y algún día podría conducir a una mejor protección contra los rayos.

La tecnología anti-rayos más común de hoy en día es el clásico pararrayos, un poste de metal de un metro de largo anclado al suelo. La conductividad del metal atrae los rayos que, de lo contrario, podrían golpear edificios o personas cercanos, alimentando esa electricidad de manera segura a la tierra. Pero el área protegida por un pararrayos está limitada por la altura del pararrayos.

"Si desea proteger una gran infraestructura, como un aeropuerto o una plataforma de lanzamiento de cohetes o un parque eólico... entonces necesitaría, para una buena protección, un pararrayos del tamaño de un kilómetro o cientos de metros", dice Aurélien Houard, físico del Institut Polytechnique de Paris en Palaiseau, Francia. Un poste de metal tan alto no sería práctico. Pero un láser podría llegar tan lejos, interceptando relámpagos distantes y llevándolos a barras de metal con base en tierra.

Houard y sus colegas probaron esta idea en la cima de la montaña Säntis en el noreste de Suiza. Instalaron un láser de alta potencia cerca de una torre de telecomunicaciones con un pararrayos en la punta que es alcanzado por un rayo unas 100 veces al año. El láser se dirigió al cielo durante unas seis horas en total durante las tormentas eléctricas de julio a septiembre de 2021.

El láser lanzó ráfagas cortas e intensas de luz infrarroja a las nubes unas 1.000 veces por segundo. Este tren de pulsos de luz arrancó electrones de las moléculas de aire y apartó algunas moléculas de aire de su camino, creando un canal de plasma cargado de baja densidad. Algo así como despejar un camino a través del bosque y colocar pavimento, esta combinación de efectos facilitó el flujo de corriente eléctrica a lo largo de esta ruta (SN: 3/5/14). Eso creó un camino de menor resistencia para que lo siguieran los rayos a través del cielo.

El equipo de Houard ajustó su láser para que formara esta vía eléctricamente conductora justo encima de la punta de la torre. Esto permitió que el pararrayos de la torre interceptara un rayo enganchado por el láser antes de que descendiera hasta el equipo láser.

La torre fue alcanzada por un rayo cuatro veces mientras el láser estaba encendido. Uno de esos golpes ocurrió en un cielo bastante despejado, lo que permitió que dos cámaras de alta velocidad capturaran el momento. Esas imágenes mostraban rayos zigzagueando desde las nubes y siguiendo la luz del láser durante unos 50 metros hacia el pararrayos de la torre.

Para rastrear los caminos de los tres rayos que no podían ver, los investigadores observaron las ondas de radio emitidas por los rayos. Esas ondas de radio mostraron que los tres golpes siguieron la trayectoria del láser mucho más de cerca que otros golpes que ocurrieron cuando el láser estaba apagado. Esto insinuó que el láser también guió estos tres golpes hacia el pararrayos.

"Es un verdadero logro", dice Howard Milchberg, físico de la Universidad de Maryland en College Park que no participó en el trabajo. "La gente ha estado tratando de hacer esto durante muchos años". El objetivo principal de los científicos al controlar los rayos a su voluntad es aumentar la seguridad, dice. Pero "si esta cosa alguna vez se volviera muy, muy eficiente, y la probabilidad de guiar una descarga aumentara mucho más de lo que es ahora, podría incluso ser útil para cargar las cosas".

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El científico atmosférico y espacial Robert Holzworth es más cauteloso al imaginar las aplicaciones. "Solo mostraron 50 metros de longitud [guía], y la mayoría de los canales de rayos tienen kilómetros de largo", dice Holzworth, de la Universidad de Washington en Seattle. Por lo tanto, escalar el sistema láser para que tenga un alcance útil puede requerir mucho trabajo.

El uso de un láser de mayor frecuencia y mayor energía podría extender su alcance, dice Houard. "Este es un primer paso hacia un pararrayos de alcance kilométrico".

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Una versión de este artículo aparece en la edición del 11 de febrero de 2023 de Science News.

A. Houard et al. Relámpago guiado por láser. Fotónica de la Naturaleza. Publicado en línea el 16 de enero de 2023. doi: 10.1038/s41566-022-01139-z.

Anteriormente redactora del personal de ciencias físicas en Science News, Maria Temming es editora asistente en Science News Explores. Tiene una licenciatura en física e inglés y una maestría en escritura científica.

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