Si cree que las tecnologías de Star Trek parecen inverosímiles, piensa otra vez. Muchos de los dispositivos de la aclamada serie de televisión se están convirtiendo lentamente en realidad. Si bien es posible que no estemos teletransportando personas desde naves estelares a la superficie de un planeta en el corto plazo, nos estamos acercando al desarrollo de otras herramientas esenciales para futuros viajes espaciales.

Soy un fan de Star Trek de toda la vida, pero también soy un investigador especializado en la creación de nuevos materiales magnéticos. El campo de la física de la materia condensada abarca todas las nuevas fases sólidas y líquidas de la materia, y su estudio ha llevado a casi todos los avances tecnológicos del siglo pasado, desde computadoras hasta teléfonos celulares y células solares.

Mi enfoque para buscar nuevos fenómenos en los materiales proviene de una perspectiva química:¿cómo podemos crear materiales que tengan nuevas propiedades que puedan cambiar nuestro mundo? y eventualmente ser usado para explorar "extraño, nuevos mundos "? Creo que la comprensión de los llamados" materiales cuánticos "en particular es esencial para hacer ciencia ficción un hecho científico.

Materiales cuánticos

¿Qué hace que una sustancia sea un material cuántico? Los materiales cuánticos tienen propiedades inusuales y fantásticas que surgen de un enorme número de partículas que actúan de manera concertada.

Piense en un director que dirige una sinfonía:sin un orden en la música, todo lo que tienes es ruido. Cuantos más músicos tengas actuando fuera de sintonía, más ruido tendrás.

Un material cuántico tiene todos los músicos constituyentes, en este caso, los electrones o átomos de un material, que asciende a miles de millones y miles de millones de partículas, actuando de cierta manera de acuerdo con las reglas cuánticas, o la "partitura, " Si tu quieres.

En lugar de ruido de movimientos electrónicos y atómicos aleatorios, con un director obtienes música, o en el caso de materiales nuevos, una nueva propiedad que emerge. El uso de estas nuevas propiedades para dispositivos es lo que está impulsando las revoluciones tecnológicas que estamos viendo hoy.

Campos magnéticos y escudos

Entonces, ¿Cómo se pueden utilizar estos nuevos materiales en las naves espaciales del mañana? Un ejemplo podrían ser los escudos de fuerza que protegen a los barcos en Star Trek. Los campos magnéticos altos podrían usarse para proteger los cuerpos de los proyectiles entrantes, especialmente si los proyectiles tienen carga eléctrica.

¿Cómo se crean grandes campos magnéticos? Una forma es utilizar un imán superconductor. Los superconductores tienen electrones que conducen la electricidad sin resistencia al flujo. Una de las consecuencias de esto es que se pueden generar grandes campos magnéticos; la corriente soportada por un superconductor que genera el campo magnético puede ser enorme sin destruir la superconductividad en sí.

Estos superconductores se utilizan todos los días para crear grandes campos magnéticos en lugares como hospitales para que los dispositivos de resonancia magnética (MRI, por sus siglas en inglés) vean el interior del cuerpo.

Los superconductores avanzados podrían tener nuevas aplicaciones como escudos magnéticos para naves espaciales. Imagina tu nave espacial recubierta de un superconductor que puede generar un gran campo magnético con solo presionar un interruptor para que la corriente fluya. creando un escudo de fuerza magnética.

Esto es exactamente lo que los científicos de la Organización Europea para la Investigación Nuclear, CERN, están investigando:un nuevo escudo magnético para naves espaciales:diboruro de magnesio superconductor, o MgB₂.

Superconductores en naves espaciales

Una nave espacial cubierta con imanes superconductores generaría una "magnetosfera" alrededor de la nave que podría usarse para desviar proyectiles dañinos. Si bien todavía no tenemos que preocuparnos por los torpedos klingon, tenemos que preocuparnos por los rayos cósmicos dañinos en el espacio exterior para futuros viajes espaciales.

Los rayos cósmicos son típicamente partículas cargadas que pueden interferir con la electrónica de una nave espacial, y más importante, dar a los astronautas una dosis letal de radiación durante los vuelos espaciales largos.

Proteger las futuras naves espaciales de estos rayos es de vital importancia para el futuro de cualquier programa espacial, incluidos los viajes a Marte en las próximas décadas. Y quien sabe, con los escudos magnéticos superconductores es posible que pueda escapar de un ataque romulano en el camino.

Obstáculos técnicos

Hay una trampa, sin embargo. Los superconductores no funcionan a altas temperaturas y no hay superconductores a temperatura ambiente. Por encima de una determinada temperatura llamada "temperatura crítica, "el superconductor se vuelve" normal "y los electrones experimentan una resistencia a fluir nuevamente. Para el diboruro de magnesio, esto ocurre a una temperatura muy fría, alrededor de -248 ℃. En realidad, esto está bien para el espacio interestelar donde la temperatura de fondo es mucho más fría de -270 ℃ aproximadamente, pero no es propicio para que las naves espaciales visiten otros planetas más cálidos.

Los científicos como yo estamos buscando superconductores a "temperatura ambiente" que permitan que estos escudos funcionen a temperaturas mucho más altas. Esto también permitiría nuevos avances para la sociedad, como una atención médica más barata, por ejemplo, ya que no se necesitarían temperaturas bajas para que funcionen los instrumentos de resonancia magnética.

Sin embargo, La superconductividad de alta temperatura ha sido un misterio durante décadas, y el progreso es en incrementos lentos. Como alguien que trabaja en la frontera entre la física y la química, Creo que la respuesta se encontrará en el descubrimiento de nuevos materiales. Históricamente, aquí es donde se ha avanzado para elevar la temperatura crítica a uno por encima del punto de ebullición del nitrógeno líquido de -196 ℃.

Estos superconductores serían excelentes para usar como dispositivos de protección magnética si estuviera explorando muchas áreas de la galaxia. Pero no funcionarían en planetas más cálidos como Marte sin cantidades significativas de criógenos para mantener fríos los imanes.

Computadoras cuánticas y revolución social

La tecnología superconductora también tendría una variedad de otros usos a bordo de las naves espaciales. Las computadoras cuánticas pueden realizar operaciones en órdenes de magnitud más rápido que las computadoras convencionales, e indudablemente se utilizaría en una nave estelar moderna. ¿Necesita enviar un mensaje cifrado a la Flota Estelar? Si los klingon tienen una computadora cuántica, podrían interceptar y piratear tu mensaje, por lo que es mejor que se asegure de comprender la tecnología.

Y los sistemas eléctricos superconductores se utilizarían naturalmente para los dispositivos más eficientes, desde motores de naves espaciales hasta tricorders utilizados en misiones ausentes. La aparición de superconductores a temperatura ambiente provocaría una transformación de nuestra sociedad que rivalizaría con la era del silicio de la electrónica moderna. Su descubrimiento es un obstáculo esencial que cruzar para la siguiente parte de nuestra evolución como especie hacia una nueva era tecnológica.

Sería muy lógico continuar nuestra búsqueda de un superconductor a temperatura ambiente. Si tan solo pudiéramos hacerlo así. Los materiales cuánticos ofrecen nuevos mundos extraños de descubrimiento y quizás lo más emocionante son las tecnologías que aún no hemos descubierto, que explotarán los efectos cuánticos a escala que los humanos pueden ver fácilmente.

Este artículo se publicó originalmente en The Conversation. Lea el artículo original.