El experimento sobre plasma cristalino «PKE-Nefedov», primer experimento científico en la ISS (Estación Espacial Internacional), fue instalado en febrero de 2001 por la primera tripulación permanente. Se diseñó a largo plazo para realizar investigaciones sobre plasmas complejos bajo condiciones de microgravedad (alejados de la Tierra).
Los «plasmas complejos» contienen iones, electrones, partículas neutras y pequeñas partículas sólidas. Normalmente su tamaño son micrómetros. Estas micropartículas constituirán miles de cargas eléctricas elementales e interactuarán entre sí a través de un potencial eléctrico evaluado. Los plasmas complejos son de gran interés debido a que pueden llegar a formar estados líquidos y cristalinos y son observables a nivel cinético.
En experimentos realizados en la Tierra, las micropartículas generalmente se mantienen suspendidas mediante fuertes campos eléctricos para contrarrestrar la gravedad. Esto genera asimetrías, estrés y estados de pseudo-equilibrio, con suficiente energía libre como para, fácilmente, poder comportarse como sistemas inestables.
El experimento y los estudios realizados, se publicaron en New Journal of Physics. Aquí puedes descargar el documento: New Journal of Physics 5 (2003) 33.1-33.10.
Texto contenido en el vídeo:
Los experimentos llevados a cabo en órbita están cambiando la manera en que la gente interpreta los procesos modelados en la Tierra.
[Pavel Vinogradov, cosmonauta, héroe de la Federación Rusa]: Yo comencé este ahora conocido experimento, que en un comienzo fue más bien pensado como un tiro a ciegas, a ver si descubríamos algo. Pero comenzamos a ver resultados totalmente increíbles. Desde que era un niño, me encantaba la física y la astrofísica, pero cuando presencié este nuevo mundo cósmico creado, fue como ver la física en sí misma.
Plasma cristalino, un experimento con plasma , el cuarto estado fundamental de la materia. Esto no ocurre en la Tierra. Parece que el plasma no es realmente un fluido en el sentido físico. En vez de eso, vemos que posee una estructura de red cristalina. Llega a ser observable en experimentos en gravedad cero y ha cambiado nuestra visión acerca del cuarto estado de la materia.
[Sergei Krikalev, cosmonauta, héroe de la URSS y de la Federación Rusa]: Partículas de polvo suspendidas en el plasma adquieren una carga eléctrica y experimentan repulsión unas con otras. Debido a esa repulsión, su espacio libre circundante está limitado y se forma una especie de red cristalina.
Este recipiente forma parte del experimento en órbita, que es similar a uno en la Tierra, excepto que la cámara de vacío contiene un verdadero vacío en ella. Se utiliza una potente computadora para procesar los resultados.
Primero se crea el plasma en esta cámara oscura de vacío. Después se le introduce partículas de polvo de micrómetros de tamaño.
Esta es una vista del interior de la cámara de vacío. Podemos ver las partículas de polvo y el comienzo del proceso de cristalización. Todo queda grabado con cámaras.
Científicos en la Tierra obtienen la grabación de vídeo y observan el proceso de cristalización, así como todo lo que ocurra en la cámara de vacío.
Hemos recibido unos datos totalmente inesperados. En lugar de una red cristalina limpia y uniforme, ¡hemos visto que se produce en el medio un espacio vacío!
Durante el experimento (en la ISS) hemos contactado con nuestros colegas científicos en la Tierra, que no podían creer lo que estaban viendo. Entonces, uno de los científicos del Instituto Max Planck nos dijo que debido a estos datos recibidos, se «encerraron» en su oficina durante varias semanas para poder encontrar una explicación a lo que estaban viendo.
Tenemos una gran cantidad de datos simplmente observando el comportamiento de las partículas.
Sólamente es posible observar estos fenómenos en un entorno de ingravidez. En la Tierra, la gravedad aplana la cristalización, por lo que hace imposible el estudio de su estructura. Esto hace también imposible el estudio de estos aspectos del plasma.
Sin embargo, en el espacio, la estructura cristalina se expande en un objeto 3D.
Los vórtices en el plasma se asemejan a una galaxia. Esta mini galaxia puede ser utilizada para estudiar la formación real de las galaxias.
Los genetistas también están interesados en estos resultados. Si el plasma es enfriado criogénicamente, aparece una forma semejante al ADN.
Otro uso podría ser el ataque las bacterias resistentes a los medicamentos.
Pero lo más importante, si los científicos pueden resolver la física involucrada aquí, es que serán capaces de reducir las emisiones nocivas de las plantas de residuos fósiles. Posiblemente, se podría también manipular las emisiones radiactivas. Con el uso del plasma, una nube radiactiva podría ser redirigida lejos de las ciudades y áreas pobladas, salvando muchas vidas.
Bajo condiciones de microgravedad las micropartículas se mueven por todo el plasma, experimentando fuerzas más débiles que en nuestro planeta. Esto posibilita investigaciones de termodinámica de estados de plasma fuertemente acoplados bajo condiciones sustancialmente libres de estrés. En este estudio se ha informado acerca de los resultados sobre plasma cristalino, en particular sobre las primeras observaciones experimentales de estructuras de red cristalina BCC (Cúbica Centrada en Cuerpo).
Interpretando los resultados del experimento
Para comprender en qué consisten los tres tipos fundamentales de redes cristalinas, recomiendo el siguiente vídeo, muy didáctico.
El plasma lo constituyen las cargas eléctricas, que se mueven libremente en el espacio. Este experimento nos muestra que realmente, en condiciones de ingravidez, se distribuyen con una estructura cristalina tridimensional. Esta estructura sin duda dependerá de varios parámetros, como por ejemplo la temperatura, la microgravedad, la fuerza del campo eléctrico al que están sometidas las partículas cargadas y quizás también el tamaño de dichas partículas.
A partir de ahí, jugando con dichos parámetros y en entorno de confinamiento, el plasma cristalino adquiere otras estructuras espaciales, que incluso pueden llegar a ser helicoidales (como el ADN) o espirales (como las galaxias). En el caso de las galaxias, este experimento corrobora de manera inequívoca lo que Anthony Peratt ya demostró en 1990 con medios computacionales (VER AQUÍ).
Desde lo más pequeño a lo más grande, ese es precisamente el importante y trascendental lema con el que he subtitulado esta web. La fuerza eléctrica lo abarca todo,
¿Y por qué estas formas helicoidal o espiral? En las redes cristalinas del experimento llevado a cabo en la ISS también vemos aparecer la estructura hexagonal. En la Naturaleza estamos también acostumbrados a ver esta forma, de hecho es la más eficiente.
Conclusión
Debemos hacer el intento de ir más allá y preguntarnos por qué la naturaleza nos ofrece, una y otra vez, estas formas geométricas. Nadie las dibuja en el firmamento, nadie las construye en el espacio exterior. La naturaleza posee un patrón oculto y cualquier proceso natural se adapta a ese patrón. Quizás ese patrón reside en algo que no sabemos definir bien todavía, pero que en 2.000 años de ciencia siempre ha surgido como posibilidad, quizás descabellada… ¿o no tanto?. Aristóteles, en el s.IV a.C. ya lo postulaba como el «éter». En la actualidad, 2.000 años después, la Física Cuántica también postula lo mismo pero con otro nombre y, evidentemente, con otras connotaciones y justificaciones. Hablamos de la «Energía de campo 0». En ese largo camino siempre ha estado latente como una posibilidad.
La visión del Hombre con respecto al Universo creo que es insuficiente. El anquilosado dogma científico del s.XVIII sigue guiando a la astrofísica, que lleva 40 años atascada con sus agujeros negros, su materia oscura y su energía oscura. Continuamente se publican noticias de fenómenos observables que chocan con el viejo modelo gravitatorio, que éste no puede explicar. Todo está demasiado oscuro. La física cuántica está dando lentamente importantes pasos que nos van a hacer cambiar el enfoque. Se hace necesaria una renovación, un nuevo paradigma científico.
[ Fuentes consultadas: Nefedov_2003_New_J._Phys._5_333 y el vídeo «Plasma in space experiment» ]
