Los rayos tractores tienen un sentido intuitivo. La materia y la energía interactúan entre sí de innumerables formas en todo el Universo. El magnetismo y la gravedad son fuerzas naturales que pueden unir objetos, por lo que existe una especie de precedente. Pero diseñar un rayo tractor real es algo diferente.
Un rayo tractor es un dispositivo que puede mover un objeto a distancia. La idea proviene de una historia de ciencia ficción de 1931 llamada SpaceHounds of IPC:
“Existe una pantalla de rayos, aguafiestas, y también hay rayos elevadores o tractores, dos cosas que he estado tratando de eliminar y que me han estado animando en el Bronx. Los titanianos han tenido un rayo tractor durante mucho tiempo, me envió una droga completa, y los jovianos tienen ambos. Los tendremos en tres días, y debería ser bastante simple dopar lo contrario de un tractor, también: un empujador o un rayo prensor”.
Si la ciencia ficción tuviera algo que decir al respecto, los rayos tractores ya serían un lugar común, y podríamos agradecer a Star Trek y Star Wars por su proliferación. Pero los rayos tractores ya existen, aunque su alcance es solo microscópico.
Los rayos tractores microscópicos se emplean en dispositivos llamados pinzas ópticas. Las pinzas ópticas usan láseres para mover objetos microscópicos como átomos y nanopartículas. Se utilizan en biología, nanotecnología y en medicina.
Estos rayos tractores funcionan en objetos microscópicos, pero no son lo suficientemente fuertes como para atraer objetos macroscópicos más grandes. Ahora, un equipo de investigadores ha demostrado con éxito un rayo tractor macroscópico. Publicaron el artículo que explica su trabajo en la revista Optics Express. Su título es “Extracción láser macroscópica basada en la fuerza de Knudsen en gas enrarecido“, y el autor principal es Lei Wang de la Universidad de Ciencia y Tecnología de QingDao en China.
“En estudios anteriores, la fuerza de atracción de la luz era demasiado pequeña para atraer un objeto macroscópico”, dijo Wang.
“Con nuestro nuevo enfoque, la fuerza de tracción de la luz tiene una amplitud mucho mayor. De hecho, es más de tres órdenes de magnitud mayor que la presión de la luz utilizada para impulsar una vela solar, que utiliza el impulso de los fotones para ejercer una pequeña fuerza de empuje”.
Este rayo tractor macroscópico solo funciona en condiciones particulares de laboratorio, por lo que es una demostración, no un desarrollo práctico. Al menos no todavía.
En primer lugar, funciona en cosas especialmente diseñadas: objetos compuestos macroscópicos de grafeno-SiO2 que los investigadores construyeron para los experimentos.
En segundo lugar, funciona en un entorno gaseoso enrarecido, que tiene una presión mucho más baja que la atmósfera de la Tierra. Si bien eso limita su efectividad aquí en la Tierra, no todos los mundos tienen tanta presión atmosférica como nuestro planeta.
“Nuestra técnica proporciona un enfoque de tracción de larga distancia y sin contacto, que puede ser útil para varios experimentos científicos”, dijo Wang.
“El entorno de gas enrarecido que usamos para demostrar la técnica es similar al que se encuentra en Marte. Por lo tanto, podría tener el potencial para algún día manipular vehículos o aviones en Marte”.
Su dispositivo funciona según el principio de calentamiento de gas. Un láser calienta los objetos compuestos, pero un lado está más caliente que el otro. Las moléculas de gas en la parte posterior reciben más energía, lo que atrae al objeto. Combinado con la presión más baja en el entorno de gas enrarecido, el objeto se mueve.
Los investigadores construyeron un dispositivo de péndulo de torsión, o giro, hecho de su estructura compuesta de grafeno-SiO2 para demostrar el fenómeno de tracción láser. Esa demostración lo hizo visible a simple vista. Usaron otro dispositivo para medir el efecto.
“Descubrimos que la fuerza de tracción era más de tres órdenes de magnitud mayor que la presión ligera”, dijo Wang. “Además, la tracción del láser es repetible y la fuerza se puede ajustar cambiando la potencia del láser”.
Otros investigadores han abordado los rayos tractores en los últimos años con resultados mixtos. La NASA estaba interesada en seguir la idea de usar rayos tractores para recolectar muestras con el rover de superficie MSL Curiosity. Uno de los instrumentos de Curiosity es la ChemCam.
Incluye un láser que vaporiza roca o regolito y luego un microgenerador de imágenes para medir sus componentes espectroscópicamente. Pero la NASA se preguntó si un rayo tractor podría atraer partículas diminutas de la muestra vaporizada al rover para un estudio más completo.
Una presentación del NIAC de la NASA de 2010 decía: “Si la tecnología Tractor Beam se incluyera en una ‘ChemCam2’ para atraer partículas de polvo y plasma, los rayos tractores podrían agregar un conjunto de capacidades científicas adicionales:
-Espectroscopía de iones desorción láser
-Espectrometría de masas
-Espectroscopia RAMAN
-Fluorescencia de rayos X”
La misma presentación dijo que los rayos tractores podrían usarse para recolectar partículas de las colas de los cometas, columnas de hielo en Encélado e incluso nubes en la atmósfera de la Tierra u otras atmósferas. Eso nunca se materializó, pero ilustra cuán convincente es la idea.
Esta nueva investigación produjo resultados interesantes, aunque no se acerca a una implementación práctica real. Se necesita mucho trabajo e ingeniería antes de que se acerque a la practicidad.
Por un lado, debe haber una base teórica bien entendida que describa cómo funciona el efecto en objetos con diferentes tamaños y formas y con láseres de diferentes potencias en diferentes atmósferas. Los investigadores saben esto, por supuesto, pero señalan que sigue siendo una demostración efectiva de viabilidad.
“Nuestro trabajo demuestra que la manipulación flexible de la luz de un objeto macroscópico es factible cuando las interacciones entre la luz, el objeto y el medio se controlan cuidadosamente”, dijo Wang.
“También muestra la complejidad de las interacciones láser-materia y que muchos fenómenos están lejos de ser entendidos tanto a escala macro como micro”.
La parte crítica es que este estudio mueve los rayos tractores de lo microscópico a lo macroscópico. Ese es un umbral significativo que es difícil de cruzar.
“Este trabajo amplía el alcance de la extracción óptica de la microescala a la macroescala, lo que tiene un gran potencial en las manipulaciones ópticas a macroescala”, escriben los autores en su conclusión.
Es muy posible que las naves espaciales utilicen rayos tractores algún día, pero es poco probable que se parezcan en algo a los de la ciencia ficción. Star Wars, Star Trek y Spacehounds of IPC cuentan con rayos tractores en combate y conflicto. Pero en realidad, podrían convertirse en valiosas herramientas científicas.
Fuente: Universe Today.
