Los relámpagos tienen formas distintivas en zig-zag y los físicos se han preguntado durante mucho tiempo por qué. Ahora, Juan Lowke y Endre Szili en la Universidad de Australia del Sur han hecho cálculos que podrían explicar este comportamiento.
El dúo creó un modelo que describe la propagación inusual de "líderes de relámpagos" (canales de aire ionizado) que conectan las nubes de tormenta con el suelo. Proponen que los pasos en zig-zag están asociados con átomos de oxígeno metaestables altamente excitados, lo que hace que sea mucho más fácil que la corriente eléctrica fluya a través del aire.
Los rayos parecen propagarse en una serie de pasos que involucran a los líderes, que tienen decenas de metros de largo y se originan en las nubes de tormenta. Un líder se iluminará durante aproximadamente 1 µs a medida que fluya la corriente, creando un escalón. Luego, el canal se oscurecerá durante decenas de microsegundos, seguido de la formación del siguiente paso luminoso al final del líder anterior, a veces con ramificación. Este proceso se repite para crear una forma familiar de rayo dentado. Un aspecto curioso de este proceso es que una vez que un paso se ha iluminado y oscurecido, no vuelve a encenderse, a pesar de ser parte de la columna conductora.
Se sabe que este paso es responsable de los patrones distintivos en zig-zag que se encuentran en los rayos, pero hay varias preguntas sin respuesta sobre la física detrás de este fenómeno. En particular, la naturaleza de las columnas oscuras pero conductoras que conectan los líderes con las nubes tormentosas sigue siendo un misterio.
Oxígeno delta singlete
En su estudio, Lowke y Szili calculan que el comportamiento de paso podría estar relacionado con una acumulación de moléculas de oxígeno altamente excitadas llamadas "oxígeno metaestable delta singlete". Estas moléculas tienen un tiempo de vida radiativo de aproximadamente una hora y hacen que los electrones se separen de los iones de oxígeno negativos, mejorando la conductividad del aire que los rodea.
El físico que doma el rayo
El dúo sugiere que el tiempo entre pasos sucesivos corresponde al tiempo requerido para que se acumulen concentraciones suficientes de moléculas metaestables en las puntas de los líderes. Esto aumenta el campo eléctrico en la punta, haciendo posible una mayor ionización en el siguiente paso. Además, los investigadores proponen que las altas concentraciones de oxígeno delta singlete deben perdurar en los pasos anteriores, lo que permite que estos pasos mantengan su conductividad eléctrica, incluso sin un campo eléctrico sostenido.
Lowke y Szili esperan que una mejor comprensión de este proceso pueda conducir a nuevas técnicas y regulaciones más estrictas para proteger los edificios de los rayos. Esto podría minimizar el daño económico y ambiental causado por los rayos al tiempo que reduce la amenaza a la vida y la integridad física.
La investigación se describe en Journal of Physics D: Física aplicada.
