Cómo unos frisbees moleculares podrían alentar la proliferación nuclear

Una nueva técnica para controlar las trayectorias de moléculas en rotación podría tener importante implicación internacional

Cualquiera que haya jugado con un frisbee (disco plástico para lanzar) tendrá una idea intuitiva de cómo el ángulo al que se lanza el disco determina el camino que seguirá.

Si los frisbees se hacen mucho más pequeños, sin embargo, la física cambia. A una escala muy pequeña, el aire es denso como un jarabe y la inercia juega un papel mucho menor. Así que es fácil pensar que hay un límite fundamental para la pequeñez a la que se puede construir uno de estos discos.

No es tan así, dicen Johannes Floss y sus compañeros del Instituto Weizmann de Ciencia de Israel. En realidad es bastante sencillo controlar la trayectoria de una molécula que gira como un frisbee.

En los últimos años, han surgido una gran cantidad de técnicas para poner a girar las moléculas de un gas con sus ejes alineados con precisión, como una matriz tridimensional de peonzas flotantes. Estas técnicas ponen en movimiento las moléculas con un pulso de láser dispuesto con precisión que las pone a girar de una manera determinada.

¿Pero cómo convertir estas peonzas en frisbees? Después de todo, el movimiento de los frisbees es, en esencia, el resultado de la interacción entre un cuerpo girando y el aire, pero la aerodinámica no jugará un papel a nivel molecular.

La respuesta, según Floss y sus compañeros, es disparar las moléculas en rotación a través de un campo eléctrico producido por otro láser. Si el campo tiene un gradiente en su intensidad, jugará el mismo papel que el aire para el vuelo del frisbee. Cuando eso sucede, la inclinación de las moléculas que están girando deteminará la trayectoria que tomen.

Como Floss y compañía señalan: “Una técnica similar la utilizan los jugadores de Frisbee, que afinan la inclinación del disco para dirigirlo a las manos que lo esperan”.

La técnica de frisbee aporta un remarcable control sobre la trayectoria que tomarán las moléculas. La trayectoria depende de factores tales como la intensidad del campo, la inclinación de la rotación y la masa de la molécula.

Esto tiene importantes consecuencias en una serie de técnicas emergentes, sobre todo en casos en los que no se puede utilizar ionización. Por ejemplo, en la nanofabricación de moléculas en las que se construyen unas estructuras diminutas casi “ladrillo a ladrillo” se deben utilizar moléculas neutras, porque la acumulación de carga podría distorsionar la forma, o incluso impedir del todo el monteje.

Pero quizá la aplicación más importante, por lo menos a corto plazo, será la separación isotópica. Como la trayectoria depende de la masa de la molécula, con esta técnica se pueden separar en forma natural las moléculas de isótopos diferentes.

Los científicos nucleares tendrán que investigar el potencial de esta técnica para separar el uranio 235, fisionable, del uranio 238. En los últimos años, los físicos han hecho grandes avances en la separación de estos isótopos utilizando láseres que ionizan un isótopo, dejando el otro neutro en forma selectiva, lo que les permite separarlos con un campo eléctrico.

Las técnicas convencionales de separación se basan en centrifugadoras gigantes, difíciles y caras de construir, y que por lo tanto constituyen una importate barrera tecnológica que impide que algunos países con aspiraciones nucleares produzcan su propio uranio enriquecido.

Pero hay un temor creciente de que el enriquecimeinto por láser cause que este proceso sea mucho más fácil. Y ahora existe esta nueva técnica, que haría aún más fácil la separación de isótopos.

Esto nos lleva a predecir que, fácilmente, los frisbees moleculares se convertirán en un foco de interés en los próximos años. Pero es mucho más difícil decir cuánto oíremos de estos futuros avances.

Referencia de publicación: arxiv.org/abs/1010.0887: Molecular Frisbee: Motion of Spinning Molecules in Inhomogeneous Fields

Fuente: Technology Review. Aportado por Eduardo J. Carletti

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