Por primera vez, Los ingenieros de Caltech han creado un anillo estable de plasma al aire libre, básicamente capturando un rayo en una botella, pero sin la botella.

La materia puede existir en cuatro fases distintas:sólida, líquido, gas, y plasma. Los plasmas están hechos de partículas cargadas (iones y electrones) y ocurren naturalmente en la Tierra como un rayo, en el fenómeno meteorológico llamado fuego de San Telmo (en el que a veces aparecen bolas de luz brillantes en objetos puntiagudos durante las tormentas), y en objetos hechos por el hombre, como bombillas fluorescentes y antorchas de corte por plasma.

Generalmente, los plasmas no tienen formas propias claramente definidas. El rayo sigue un camino de menor resistencia a través del aire, creando estructuras que se bifurcan salvajemente, mientras que los plasmas artificiales están restringidos por cámaras de vacío o campos electromagnéticos.

Como tal, Morteza (Mory) Gharib (PhD '83), el Profesor Hans W. Liepmann de Aeronáutica e Ingeniería Bioinspirada en Caltech, dice que se sorprendió cuando él y su equipo pudieron generar un anillo estable de plasma al aire libre usando solo un chorro de agua y una placa de cristal. Sus hallazgos se publicarán en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias la semana del 13 de noviembre.

"Algunos colegas nos dijeron que esto ni siquiera era posible. Pero podemos crear un anillo estable y mantenerlo todo el tiempo que queramos". sin vacío ni campo magnético ni nada, "dice el coautor Francisco Pereira del Instituto de Investigación de Tecnología Marina en Italia, un académico visitante en Caltech.

El chorro de agua es un chorro de chorro de 85 micrones de diámetro desde una boquilla especialmente diseñada a 9, 000 libras por pulgada cuadrada que golpea la placa de cristal con una velocidad de impacto de alrededor de 1, 000 pies por segundo. Para referencia, esa es una corriente más angosta que un cabello humano que se mueve tan rápido como una bala disparada con una pistola.

En su estudio, Gharib y su equipo experimentaron con placas de cristal de cuarzo y niobato de litio, cada uno de los cuales puede inducir el efecto triboeléctrico, en el que se acumula una carga eléctrica debido a la fricción con otro material. Cuando el chorro golpea el cristal el agua crea un suave, flujo laminar de iones cargados positivamente a través de la superficie cargada negativamente. En la región de cizalla, donde la corriente golpea la superficie y fluye hacia afuera a través de ella, el efecto triboeléctrico provoca un alto flujo de electrones a través del agua hacia su superficie. Este flujo de electrones ioniza los átomos y moléculas del gas circundante cerca de la superficie del agua, creando una rosquilla, o toro, de plasma brillante que tiene decenas de micrones de diámetro y es visible bajo un microscopio.

Gharib y su equipo dispararon el chorro de agua a superficies de diferentes texturas y encontraron que cuanto más suave era la superficie, cuanto más clara es la estructura del anillo de plasma. El anillo es estable y mientras el agua siga fluyendo, el anillo mantiene su forma y tamaño.

Además, Los ingenieros que trabajaban con el plasma notaron que sus teléfonos móviles encontraron altos niveles de ruido de radiofrecuencia (estática) mientras estaban en la misma habitación que el experimento. Resulta que el anillo de plasma emite distintas frecuencias de radio. "Eso nunca se había visto antes. Creemos que se debe a las propiedades piezoeléctricas de los materiales que usamos en nuestros experimentos, "Pereira dice, refiriéndose a la capacidad de los materiales para polarizarse eléctricamente a través de esfuerzos mecánicos; en este caso, el fluir del agua.

Gharib ha solicitado una patente sobre la técnica de generación de toros. Aunque no tiene aplicaciones comerciales inmediatas, la capacidad de generar un anillo de plasma estable sin campos electromagnéticos potentes o vacío sugiere el posible uso de estructuras de plasma para almacenar energía, Dice Gharib.

El artículo se titula "Generación de plasmoide toroidal mediante cizallamiento hidrodinámico extremo".