El rayo láser desvía el camino de los rayos

Disparar un rayo láser al cielo puede desviar la trayectoria de un rayo, descubrió un equipo internacional de científicos. Los investigadores dicen que su trabajo podría conducir a una mejor protección contra rayos para aeropuertos y otras infraestructuras críticas, además de allanar el camino para nuevas aplicaciones atmosféricas de láseres ultracortos.

Los datos satelitales sugieren que en todo el mundo hay entre 40 y 120 relámpagos, incluidos los relámpagos de nube a tierra y de nube, cada segundo. Tales descargas electrostáticas entre las nubes y la superficie de la Tierra son responsables de miles de muertes y daños por valor de miles de millones de dólares cada año.

La protección más común contra la caída de rayos es el pararrayos, también conocido como pararrayos Franklin. Este mástil de metal conductor de electricidad ofrece un punto de impacto preferencial para los rayos y guía la descarga eléctrica de manera segura hacia el suelo.

Pero las varillas Franklin no siempre funcionan a la perfección y brindan una cobertura limitada. El área que protegen tiene un radio que es aproximadamente equivalente a su altura: una barra de 10 m protegerá un área con un radio de 10 m. Esto significa que la protección confiable de grandes áreas de infraestructura requiere varillas múltiples o de una altura inviable.

Como alternativa, los científicos han propuesto que se podrían usar pulsos láser intensos para guiar los rayos. La idea, que anteriormente solo se había explorado en condiciones de laboratorio, es que el rayo láser actuaría como una gran barra móvil.

La teoría básica detrás de un pararrayos basado en láser es que los pulsos de láser intensos y cortos se disparan al aire, donde se vuelven lo suficientemente intensos para ionizar las moléculas de aire. A lo largo de estos canales largos y estrechos de pulsos de láser ionizante, las moléculas de aire se calientan rápidamente y se expulsan a velocidades supersónicas. Esto deja atrás canales de aire de larga duración con densidad reducida que son más conductores de la electricidad que las regiones circundantes, lo que ofrece un camino más fácil para que las descargas eléctricas de los rayos viajen.

“Cuando se emiten pulsos de láser de muy alta potencia a la atmósfera, se forman filamentos de luz muy intensa dentro del haz”, explica Jean Pierre Wolf, físico de la Universidad de Ginebra. “Estos filamentos ionizan las moléculas de nitrógeno y oxígeno en el aire, que luego liberan electrones que pueden moverse libremente. Este aire ionizado, llamado plasma, se convierte en un conductor eléctrico”.

Para probar esta idea, Wolf y un equipo de investigadores de Europa y EE. UU. se dirigieron a uno de los puntos calientes de rayos de Europa: la montaña Säntis en el noreste de Suiza. En la cima de esta montaña de 2500 m hay una torre de telecomunicaciones de 124 m de altura a la que le cae un rayo unas 100 veces al año.

El equipo instaló un láser especialmente desarrollado cerca de la torre de comunicaciones. Del tamaño de un automóvil grande y con un peso de más de tres toneladas, el láser emitió pulsos de picosegundos de duración y 500 mJ de energía a una velocidad de alrededor de mil pulsos por segundo. Entre julio y septiembre de 2021, los investigadores operaron el láser durante un total de 6.3 h de actividad tormentosa que se produjo en un radio de 3 km de la torre.

¿Podrían los láseres guiar y controlar la trayectoria de los rayos?

Durante el período experimental de dos meses, la torre fue alcanzada por al menos 16 relámpagos, cuatro de los cuales ocurrieron durante la actividad del láser. Los cuatro rayos ascendentes fueron desviados por el láser. Los científicos utilizaron mediciones de corrientes de rayos en la torre, antenas de campo electromagnético y sensores de rayos X para capturar detalles de ondas electromagnéticas y ráfagas de rayos X generadas por las descargas de rayos para confirmar la ubicación de los rayos.

La trayectoria de uno de los impactos también fue registrada por dos cámaras de alta velocidad. Las imágenes muestran que el rayo inicialmente siguió la trayectoria del láser durante unos 50 m.

“Desde el primer rayo que usó el láser, descubrimos que la descarga podía seguir el haz durante casi 60 m antes de llegar a la torre, lo que significa que aumentó el radio de la superficie de protección de 120 m a 180 m”, dice Wolf.

Los investigadores informan de sus resultados en Nature Photonics.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/laser-beam-diverts-the-path-of-lightning-strikes/