Físicos hallan inusual nexo entre mayonesa y fusión nuclear

Aunque a primera vista pueda parecer insólito, científicos de la Universidad Lehigh en Pensilvania (Estados Unidos) han descubierto en la mayonesa un inesperado aliado para avanzar en la investigación de la fusión nuclear. Bajo la dirección del ingeniero mecánico Arindam Banerjee, el equipo ha utilizado este popular y cremoso complemento en alimentos para emular el comportamiento del plasma, un estado de la materia crucial en la búsqueda de la fusión nuclear.

La fusión nuclear, que tiene lugar en el corazón de las estrellas, es un proceso donde el hidrógeno se fusiona para formar helio, liberando una cantidad masiva de energía. En la Tierra, replicar este proceso a una escala que sea energéticamente viable sigue siendo uno de los mayores desafíos de la ciencia moderna, ya que requiere alcanzar y mantener temperaturas y presiones extremadamente altas sin la ayuda de la enorme gravedad de una estrella. En teoría, esta podría ser la fuente de una energía limpia casi ilimitada en la Tierra, si la reacción pudiera producir más energía de la que necesita para funcionar.

En este contexto, los investigadores, incluyendo el equipo de Banerjee, utilizan el confinamiento inercial, un método que implica calentar rápidamente pequeñas cápsulas de combustible de hidrógeno con láseres para alcanzar temperaturas astronómicas, en un intento por fusionar los núcleos y generar energía. Lo peculiar del estudio de Banerjee, publicado en la revista Physical Review E, es la elección de la mayonesa como modelo experimental para estudiar la fusión. 

¿Por qué mayonesa?

Según Banerjee, "se comporta como un sólido, pero cuando se somete a un gradiente de presión, empieza a fluir". Esta característica permitiría a los científicos estudiar las condiciones extremas que se producen en los reactores de fusión sin necesidad de recrear las temperaturas y presiones increíblemente altas que se dan en el interior de las estrellas.

"Seguimos trabajando en el mismo problema, que es la integridad estructural de las cápsulas de fusión utilizadas en la fusión por confinamiento inercial, y la auténtica mayonesa Hellmann's nos sigue ayudando en la búsqueda de soluciones", afirma Banerjee.

El equipo de investigación colocó la mayonesa (específicamente, Hellmann's Real Mayonnaise) en una máquina de rueda batidora personalizada, parte de su "Laboratorio de Mezcla Turbulenta". Al acelerar la mayonesa, observaron su transición entre estados elástico, plástico y fluido, lo que podría ayudar a comprender mejor el comportamiento del plasma en condiciones de fusión.

La inestabilidad Rayleigh-Taylor

En concreto, este enfoque ha permitido al equipo de Banerjee estudiar las inestabilidades hidrodinámicas, específicamente la inestabilidad Rayleigh-Taylor, que se produce cuando los materiales de diferentes densidades se mezclan bajo ciertas condiciones. 

Este tipo de inestabilidad es un problema crítico en la fusión nuclear, ya que puede reducir significativamente el rendimiento energético de un reactor. Al comprender mejor cómo controlar estas inestabilidades en un modelo a escala con mayonesa, los investigadores esperan mejorar las predicciones y, en última instancia, el diseño de los reactores de fusión nuclear.

"Mejorar la predictibilidad"

Aunque existe una gran diferencia en magnitud y propiedades físicas entre la mayonesa y el plasma real, los investigadores esperan que los principios descubiertos puedan aplicarse a escala.

"En este artículo, hemos adimensionalizado nuestros datos con la esperanza de que el comportamiento que predecimos trascienda estos pocos órdenes de magnitud", explica Banerjee. "Intentamos mejorar la predictibilidad de lo que ocurriría con esas cápsulas de plasma fundido, a alta temperatura y presión, con estos experimentos análogos de usar mayonesa en una rueda giratoria".

El equipo de Lehigh es consciente de que su investigación, que comenzó en 2019 y ha continuado evolucionando, es solo una pequeña parte de un esfuerzo global mucho mayor. "Somos un engranaje más de esta gigantesca rueda de investigadores. Y todos trabajamos para que la fusión inercial sea más barata y, por tanto, alcanzable", aseguró Banerjee.

Aunque queda por ver cómo se traducirán estos hallazgos a las condiciones extremas dentro de un reactor de fusión real, el estudio es un ejemplo destacado de cómo la ciencia puede encontrar inspiración y utilidad en los lugares más inesperados.

Editado por Felipe Espinosa Wang con información de la Universidad Lehigh, Live Science e Interesting Engineering.