Ahora los investigadores de Princeton han dado nueva vida a la estática. Utilizando millones de horas de tiempo computacional para ejecutar simulaciones detalladas, los investigadores encontraron una manera de describir la carga estática átomo por átomo con las matemáticas del calor y el trabajo. Su artículo, "Fuerzas impulsoras termodinámicas en la electrificación de contacto entre materiales poliméricos", aparece en Nature Communications. .

El estudio analizó específicamente cómo se mueve la carga entre materiales que no permiten el libre flujo de electrones, llamados materiales aislantes, como el vinilo y el acrílico. Los investigadores dijeron que no existe una visión establecida sobre qué mecanismos impulsan estas sacudidas, a pesar de la ubicuidad de la estática:el crujido y el estallido de la ropa sacada de una secadora, cacahuetes empacados que se adhieren a una caja.

"Sabemos que no son electrones", dijo Mike Webb, profesor asistente de ingeniería química y biológica, quien dirigió el estudio. "¿Qué pasa?"

Webb se hizo esa pregunta por primera vez como investigador postdoctoral en la Universidad de Chicago. Se quedó desconcertado con sus colegas, desconcertado de que un fenómeno tan común pudiera entenderse tan mal. Pero cuanto más miraban, más insuperables se volvían las preguntas. "Parecía fuera de nuestro alcance", dijo.

Había estado fuera de su alcance desde que Tales de Mileto frotó por primera vez el ámbar con piel y observó cómo el ámbar (griego:elektron) acumulaba plumas y polvo, hace 26 siglos. Tales fue uno de los primeros en explicar la naturaleza a través de la razón en lugar de fuerzas sobrenaturales. Desempeñó un papel fundamental en el desarrollo de la filosofía y, finalmente, de la ciencia. A pesar de la profundidad y amplitud del conocimiento acumulado durante los milenios posteriores, a pesar de la miríada de tecnologías nacidas de ese conocimiento, la ciencia, en todo ese tiempo, nunca se quedó estática. Quizás nunca lo haría.

En Princeton, Webb empezó a hablar con su colega Sankaran Sundaresan, un destacado experto en ingeniería de reacciones químicas que se especializa en el flujo de materiales en cámaras gaseosas. En esos entornos, cargados de sustancias químicas volátiles, una chispa perdida podría ser mortal. Sundaresan había trabajado con carga estática durante décadas, utilizando datos experimentales confiables para predecir, pero no comprender completamente, cómo se movía la carga en estos sistemas.

"Lo trato como una caja negra", dijo Sundaresan, profesor de ingeniería Norman John Sollenberger. "Hacemos algunos experimentos y los experimentos me dicen:Esto es lo que sucede. Ésta es la carga". Trabaja hasta el límite y anota cuidadosamente lo que ve. Lo que sucede dentro de la caja negra sigue siendo un misterio.

Sin embargo, una cosa que se encuentra sin importar dónde se mire, según Sundaresan, son trazas de agua. Las moléculas de agua cargadas están en todas partes, en casi todo, adheridas a prácticamente todas las superficies de la Tierra. Incluso en condiciones extremadamente áridas, bajo un calor intenso, los iones de agua perdidos se acumulan en oasis microscópicos que albergan carga eléctrica.

Dicho sea de paso, Tales es más conocido no por su trabajo sobre la electricidad sino por un proyecto aún mayor. Propuso que toda la naturaleza estaba hecha de agua, que el agua era la sustancia Ur, la sustancia esencial. Fue el primer intento de una teoría unificada del todo. Aristóteles lo escribió todo.

A lo largo de la carrera de Sundaresan, él y sus colegas redujeron esa caja negra para que los misterios se profundizaran aún más. Pero los misterios persisten.

La conversación entre él y Webb condujo a una comprensión mutua. Sundaresan tenía décadas de conocimiento de los datos de los reactores, y Webb podía aplicar sofisticadas técnicas computacionales a escala atómica para observar estos iones de agua desde la perspectiva de la termodinámica.

¿Cuánta energía se necesitaría para que un ion de agua pasara de una superficie a otra? Quizás eso explicaría lo que estaba sucediendo dentro de la caja negra de Sundaresan. El enigma sin resolver de los días de posdoctorado de Webb quedó resuelto.

Al modelar la relación entre las moléculas de agua cargadas y la cantidad de energía que esas moléculas tienen disponible para impulsarlas entre superficies, Webb y el estudiante graduado Hang Zhang demostraron una aproximación matemática muy precisa de cómo se mueve la carga eléctrica entre dos materiales aislantes.

En otras palabras, utilizaron las matemáticas para simular el movimiento de unos 80.000 átomos. Esas simulaciones coincidieron con observaciones de la vida real con un grado muy alto de precisión. Resulta que, con toda probabilidad, el choque estático es una función del agua y, más específicamente, de la energía libre de los iones de agua perdidos.

Con ese marco, Webb y Zhang revelaron los fundamentos moleculares de esos shocks familiares con detalle infinitesimal. Volaron la caja negra de Sundaresan y la abrieron de par en par. Si tan sólo Tales pudiera ver.