Científicos del Institute of Science and Technology Austria han desarrollado una técnica que utiliza haces láser intersectados para atrapar y cargar partículas individuales de aerosoles, observando sus cambios eléctricos en tiempo real. Este método, detallado en Physical Review Letters, imita procesos dentro de nubes de tormenta y podría desentrañar cómo se inicia el relámpago. Las partículas brillantes revelan la pérdida de electrones y ráfagas repentinas de carga a través de un proceso de dos fotones.
Investigadores dirigidos por la estudiante de doctorado Andrea Stöllner y el profesor asistente Scott Waitukaitis en ISTA han creado un sistema de pinzas ópticas con dos haces láser alineados con precisión. Estos haces convergen para mantener una sola esfera de sílice transparente, un modelo para cristales de hielo de nubes, en una trampa estable dentro de un contenedor sellado. El sistema, construido en casi cuatro años, ahora mantiene las partículas durante semanas, una mejora vasta respecto a las capturas iniciales de tres minutos hace dos años.
Los láseres cargan las partículas inicialmente neutras mediante un proceso de dos fotones, donde la absorción simultánea de dos fotones expulsa un electrón, impartiendo carga positiva. A medida que continúa la exposición, el brillo de la partícula indica una carga progresiva, permitiendo un control preciso ajustando la potencia del láser. Stöllner señaló: 'Ahora podemos observar con precisión la evolución de una partícula de aerosol mientras se carga desde neutra hasta altamente cargada y ajustar la potencia del láser para controlar la velocidad'.
Inesperadamente, las partículas altamente cargadas liberan carga en ráfagas repentinas, sugiriendo descargas espontáneas similares a las de las nubes de trueno. Las tormentas eléctricas presentan cristales de hielo que colisionan y intercambian cargas, lo que lleva a un desequilibrio eléctrico y relámpagos. Las teorías actuales debaten si los cristales de hielo o los rayos cósmicos proporcionan la chispa inicial, pero los campos eléctricos de las nubes parecen insuficientes por sí solos. Stöllner explicó: 'Nuestra nueva configuración nos permite explorar la teoría de los cristales de hielo examinando de cerca la dinámica de carga de una partícula a lo largo del tiempo'.
Aunque las partículas de laboratorio son más pequeñas que los cristales de hielo naturales, el equipo espera que estas observaciones iluminen la electrificación atmosférica a mayor escala. Stöllner recordó su primer éxito: 'La primera vez que atrapé una partícula, estaba en la luna'. La mesa antivibraciones asegura la precisión, protegiendo los haces láser verdes de perturbaciones.
Este trabajo, coescrito con Isaac Lenton y otros, aparece en Physical Review Letters (2025; 135 (21)). Avanza la comprensión del rol de las partículas de nubes en el mal tiempo severo.