Si crees que las tecnologías de Star Trek parecen poco plausibles, piénsalo de nuevo. Muchos de los dispositivos de la aclamada serie de televisión se están convirtiendo poco a poco en una realidad. Aunque probablemente no teletransportaremos a personas de naves estelares a la superficie de un planeta en un futuro próximo, nos acercamos cada vez más al desarrollo de otras herramientas esenciales para las futuras expediciones espaciales.
Soy fan de Star Trek desde siempre, pero también soy investigador especializado en la creación de nuevos materiales magnéticos. El campo de la física de la materia condensada abarca todas las nuevas fases sólidas y líquidas de la materia, y su estudio ha propiciado casi todos los avances tecnológicos del último siglo, desde las computadoras y los teléfonos móviles hasta las células solares.
Mi enfoque para buscar nuevos fenómenos en los materiales parte de la química: ¿cómo podemos crear materiales con nuevas propiedades capaces de cambiar nuestro mundo y que, con el tiempo, puedan servir para explorar «mundos nuevos y extraños»? Creo que comprender los llamados «materiales cuánticos» en particular es esencial para convertir la ciencia ficción en realidad científica.
Materiales cuánticos
¿Qué hace que una sustancia sea un material cuántico? Los materiales cuánticos tienen propiedades inusuales y extraordinarias que surgen cuando cantidades enormes de partículas actúan de forma coordinada.
Piensa en un director que dirige una sinfonía: si no se impone cierto orden a la música, lo único que se oye es ruido. Cuantos más músicos toquen fuera de ritmo, más ruido habrá.
En un material cuántico, todos sus músicos —en este caso, los electrones o átomos que lo componen, miles de millones y miles de millones de partículas— actúan de una manera determinada según las reglas cuánticas o, si se quiere, la «partitura».
En vez del ruido producido por movimientos aleatorios de electrones y átomos, con un director se obtiene música; o, en el caso de los nuevos materiales, una nueva propiedad emergente. El uso de estas nuevas propiedades en dispositivos impulsa las revoluciones tecnológicas que vemos hoy.
Campos y escudos magnéticos
Entonces, ¿cómo pueden usarse estos nuevos materiales en las naves espaciales del futuro? Un ejemplo podrían ser los escudos de fuerza que protegen las naves en Star Trek. Los campos magnéticos intensos podrían proteger a las personas de los proyectiles que se acercan, sobre todo si tienen carga eléctrica.
¿Cómo se crean campos magnéticos intensos? Una manera es usar un imán superconductor. Los superconductores tienen electrones que conducen la electricidad sin resistencia al flujo. Una consecuencia es que pueden generarse campos magnéticos intensos: la corriente que soporta un superconductor para generar el campo magnético puede ser enorme sin destruir la superconductividad.
Estos superconductores se utilizan a diario para crear campos magnéticos intensos en lugares como los hospitales, donde permiten que los equipos de resonancia magnética (RM) vean el interior del cuerpo.
Los superconductores avanzados podrían tener nuevas aplicaciones como escudos magnéticos para naves espaciales. Imagina que tu nave estuviera recubierta de un superconductor capaz de generar un campo magnético intenso con solo accionar un interruptor para que fluya la corriente, creando un escudo de fuerza magnético.
Eso es precisamente lo que investigan los científicos de la Organización Europea para la Investigación Nuclear, el CERN: un nuevo escudo magnético para naves espaciales hecho de diboruro de magnesio superconductor, o MgB₂.
Superconductores en naves espaciales
Una nave espacial recubierta de imanes superconductores generaría una «magnetosfera» a su alrededor que podría utilizarse para desviar proyectiles peligrosos. Aunque todavía no tenemos que preocuparnos por los torpedos klingon, sí debemos preocuparnos por los rayos cósmicos dañinos del espacio exterior en los futuros viajes espaciales.
Los rayos cósmicos suelen ser partículas con carga que pueden interferir con los sistemas electrónicos de una nave espacial y, lo que es más importante, exponer a los astronautas a una dosis letal de radiación durante los vuelos espaciales prolongados.
Proteger de estos rayos las futuras naves espaciales es de suma importancia para el futuro de cualquier programa espacial, incluidos los viajes a Marte en las próximas décadas. Y quién sabe, con escudos magnéticos superconductores quizá puedas escapar de un ataque romulano durante el trayecto.
Obstáculos técnicos
Sin embargo, hay un inconveniente. Los superconductores no funcionan a altas temperaturas y no existe ningún superconductor que funcione a temperatura ambiente. Por encima de cierta temperatura, llamada «temperatura crítica», el superconductor vuelve a su estado «normal» y los electrones vuelven a experimentar resistencia al flujo. En el caso del diboruro de magnesio, esto ocurre a una temperatura muy baja, de alrededor de -248℃. Esto está bien para el espacio interestelar, donde la temperatura de fondo es mucho más baja, de unos -270℃, pero no resulta adecuado para naves espaciales que visiten otros planetas más cálidos.
Investigadores como yo buscan superconductores que funcionen a «temperatura ambiente» y permitan que estos escudos operen a temperaturas mucho más altas. Esto también abriría la puerta a nuevos avances para la sociedad, como una atención sanitaria más barata, ya que no se necesitarían temperaturas bajas para que funcionaran los equipos de RM.
Sin embargo, la superconductividad a alta temperatura ha sido un misterio durante décadas y los avances son lentos y graduales. Como alguien que trabaja en la frontera entre la física y la química, creo que la respuesta se encontrará descubriendo nuevos materiales. Históricamente, los avances en este campo han permitido elevar la temperatura crítica por encima del punto de ebullición del nitrógeno líquido, -196℃.
Estos superconductores serían excelentes dispositivos de protección magnética para explorar muchas zonas de la galaxia. Pero no funcionarían en planetas más cálidos, como Marte, sin grandes cantidades de criógenos que mantuvieran fríos los imanes.
Computadoras cuánticas y revolución social
La tecnología superconductora también tendría otros muchos usos a bordo de las naves estelares. Las computadoras cuánticas pueden realizar operaciones varios órdenes de magnitud más rápido que las computadoras convencionales, y sin duda se utilizarían en una nave estelar moderna. ¿Tienes que enviar un mensaje cifrado a la Flota Estelar? Si los klingon tienen una computadora cuántica, quizá puedan interceptar y piratear tu mensaje; más vale que te asegures de entender esta tecnología.
Los sistemas eléctricos superconductores también se utilizarían de forma natural en los dispositivos más eficientes, desde los motores de las naves estelares hasta los tricorders empleados en misiones fuera de la nave. La aparición de superconductores a temperatura ambiente desencadenaría una transformación de nuestra sociedad comparable a la era del silicio de la electrónica moderna. Descubrirlos es un obstáculo esencial que debemos superar para dar el siguiente paso en nuestra evolución como especie hacia una nueva era tecnológica.
Sería muy lógico seguir buscando un superconductor que funcione a temperatura ambiente. Ojalá pudiéramos hacerlo realidad. Los materiales cuánticos ofrecen mundos nuevos y extraños por descubrir, y quizá lo más emocionante sean las tecnologías que aún no hemos descubierto y que aprovecharán los efectos cuánticos a una escala fácilmente visible para los seres humanos.
