Dirigir llamps amb un raig làser ja no és ciència-ficció

Protegir-se dels llamps amb un raig làser sembla una idea més pròpia de la ciència-ficció que no pas de la recerca científica acadèmica. Però, per sort, de tant en tant la investigació de frontera ens regala notícies com aquesta. Ho ha mostrat un consorci europeu format per la Universitat de Ginebra (UNIGE), l’Escola Politècnica de França i l’empresa alemanya de tecnologia làser Trumpf des del cim del Säntis, una muntanya als Alps de 2.500 metres al nord-est de Suïssa. Allà hi ha una torre de telecomunicacions de 124 metres que rep l’impacte de més de cent llamps cada any. Disparant un làser al cel en una tempesta, els investigadors van aconseguir redirigir-ne quatre en un temps d'operació del làser de sis hores. Els resultats s'han publicat a la revista Nature Photonics.

El parallamps de Franklin

Aquest fenomen meteorològic tan espectacular causa danys anuals per valor de milers de milions d’euros a tot el món i més de 4.000 morts. Malgrat els avenços tecnològics en moltíssims camps, el principal sistema de protecció contra els llamps que es fa servir actualment el va inventar el polític i científic nord-americà Benjamin Franklin a mitjans del segle XVIII, tot i que el teòleg txec Prokop Divis en va dissenyar, de manera independent, un de semblant una mica més tard. Franklin va ser un dels pioners en l’estudi de l'electricitat i un dels primers a llançar la hipòtesi que els llamps eren fenòmens elèctrics.

Si d'alguna manera es podia extreure l’electricitat dels núvols es podrien evitar, argumentava. Tot i que hi ha certa polèmica històrica, sembla que Franklin va tenir la idea de provar-ho amb una barra metàl·lica esmolada col·locada al cim d’un edifici i connectada a terra amb un cable, abans que ho fes amb el famós experiment de l’estel, el cordill moll i la clau (que tampoc era una clau, sinó una ampolla de Leyden), un dispositiu format per una estructura metàl·lica en un recipient de vidre capaç d’emmagatzemar càrregues elèctriques.

Fos com fos, el fet d’instal·lar una barra metàl·lica i, per tant, conductora de l’electricitat, al punt més alt d’una estructura fa que la descàrrega elèctrica del llamp, produïda a conseqüència de l’adquisició de càrrega elèctrica negativa a la base dels núvols després de moviments turbulents, trobi un camí de baixa resistència. És com si en un embassament s’obren dues comportes, una que precipita l’aigua al buit i una altra que la condueix per un canal amb poc pendent. Tal com fa el corrent elèctric, la major part de l’aigua circularà pel camí que ofereix menys resistència.

Un parallamps fet de làser

L’experiment amb el làser fet al cim del Säntis es basa en el mateix principi. Els polsos de llum làser, generats mil vegades cada segon per una instal·lació de la mida d’una furgoneta que pesa tres tones, impacten contra les molècules de nitrogen i oxigen de l’aire i n’arrenquen els electrons de les capes superficials, que queden lliures i, per tant, es forma un plasma que pot conduir l’electricitat, que no és sinó el moviment d’electrons. Si es produeix un llamp a prop, la cosa més probable és que la descàrrega circuli a través d’aquest plasma.

Durant l’experiment, com si es tractés d’una espasa làser gegantina, els investigadors van enfocar el raig de manera que aquest canal de plasma es formés per sobre del parallamps de la torre de telecomunicacions amb l’objectiu d’actuar com un parallamps molt més llarg i, per tant, amb més capacitat protectora. I els quatre llamps que es van formar mentre funcionava el làser, efectivament, van seguir el plasma fins al parallamps i es van dissipar a terra sense causar cap problema.

Abans d’això, aquest mètode només s’havia provat en les condicions controlades d’un laboratori. El principal repte que van haver d’afrontar els científics va ser resoldre la desalineació del sistema d’emissió del làser que causaven les dilatacions i contraccions dels miralls i altres peces òptiques a conseqüència de la variació de temperatura.

Ampliar el radi de protecció

De manera aproximada, es pot dir que un parallamps situat a 10 metres d’altura protegeix dels llamps una àrea circular de fins a 10 metres de radi centrada en el parallamps. En aquest sentit, tal com expliquen els autors en un comunicat, "les descàrregues van seguir el raig prop de 60 metres abans d’arribar a la torre, de manera que el radi de protecció va augmentar de 120 a 180 metres". Un dels llamps va quedar enregistrat per dues càmeres d’alta velocitat, en una imatge que mostra com la descàrrega zigzagueja al cel i després segueix la línia recta marcada pel canal de plasma.

Per confirmar que amb la resta de descàrregues va passar el mateix, els científics han necessitat mesos d'anàlisi de dades. Tot i que admeten que calen més proves per consolidar el procediment, afirmen que es tracta del primer pas cap a un sistema de protecció que podria assolir el quilòmetre de radi, de manera que es podria fer servir per evitar danys en centrals elèctriques, aeroports, zones industrials i altres infraestructures.

En cas que es puguin reproduir aquests resultats i aconseguir que la producció de làsers sigui eficient i econòmica, no només es podrien utilitzar per protegir infraestructures. Si s’arriba a desenvolupar un sistema de control i redireccionament de llamps, es podria pensar en emmagatzemar l’energia elèctrica dissipada en la descàrrega, tal com fa més de dos segles va fer Franklin de manera molt primària amb l’estel i l’ampolla de Leyden.