VIII. UNA ALFOMBRA VOLADORA

...llevaban una estera voladora. Pero no la ofrecieron como un aporte fundamental al desarrollo del transporte, sino como un objeto de recreo.

G.GARCÍA MÁRQUEZ

CUENTA la crónica de Macondo que poco después de nacer Amaranta llegaron los gitanos, los mismos que habían llevado el hielo, esta vez con una estera voladora. A diferencia de la tribu de Melquiades, no estaban interesados en los avances de la ciencia sino que eran mercachifles: sólo usaban la estera para pasear a la gente que pagaba una módica cuota para sobrevolar Macondo.

Las esteras voladoras han viajado silenciosamente los cielos de muchas fantasías: Ícaro atrapó los más antiguos sueños de la Humanidad, venciendo a la fuerza gravitacional, y los llevó a la hoguera del Sol donde perecieron cuando el calor solar derritió sus alas de cera.

Desde que los hombres fabularon el relato de Ícaro hasta que el ser humano pudo surcar los aires pasaron muchos siglos. Varias formas ideó la imaginación para romper las ataduras a la superficie del planeta. Mecanismos incompletos que pueden, casi en su totalidad, repartirse en dos grandes grupos: tener alas o poseer un don mágico. Hay, desde luego, historias en las que los voladores disfrutan de ambos. En nuestra actualidad no faltan quienes buscan arcanos misterios que permitirían a los seres humanos elevarse, levitar, perder la condición de "grosera materia adherida siempre al piso". La ciencia ficción nos ha ofrecido artilugios que funcionan con base en "fuerzas antigravitacionales". En los mejores de estos cuentos, los aparatos no son explicados ni los secretos de su funcionamiento develados a los ávidos buscadores de maravillas. Simplemente funcionan y ya. La naturaleza de la fuerza que vence a la gravedad no entra en la discusión, tampoco se nos explica cómo genera la mente esos "campos" que permiten levitar a Chance Gardener (el personaje principal de la película Un jardinero con suerte, interpretado por Peter Sellers) quien se aleja caminando sobre las aguas al final de la película. Que caminar sobre las aguas de un lago sea un problema de superficies es un punto de vista como lo es el mensaje de la película: "La vida no pasa de ser un estado de ánimo."

Las fuentes de las fuerzas que permiten la levitación en el mundo físico son de naturaleza variada. Un caso es el de los superconductores que no permiten la invasión del espacio que ocupan por campos magnéticos y al repelerlos levitan frente a un imán, o lo hacen levitar, dependiendo de los tamaños relativos (y las posiciones). Este es el principio físico que tal vez permita, en el futuro, el movimiento de trenes a muy altas velocidades.

Otro ejemplo es el de la fuerza entre electrones ocasionada por el principio de exclusión de Pauli. De acuerdo con él dos electrones no pueden encontrarse en el mismo estado (la descripción del estado incluye la posición). La tabla periódica de los elementos es una manifestación de este principio que, si no lo hubiera, los electrones se podrían acomodar en el nivel atómico más bajo. Pero no, sabemos que dependiendo de la variedad de estados permitida en cada nivel sólo se puede acomodar un número limitado de electrones. Los siguientes tienen que hacerlo en niveles de energías mayores.

La situación que nos interesa aquí se da en la superficie del helio líquido. Se dice fácil, pero los experimentos son difíciles. Lo primero es tener el helio líquido, lo que significa temperaturas inferiores a -269ñ C que requieren de una tecnología muy refinada. El comportamiento de los electrones adicionales a los que tienen los átomos en helio líquido ha sido un tema de estudio desde hace muchos años. Esto se debe a las propiedades de superfluidez del helio a bajas temperaturas y al hecho de que uno de sus isótopos, conocido como He³, sea el único líquido neutro formado por partículas con espín 1/2, accesible para experimentos de laboratorio. Esas propiedades han convertido al helio en campo fértil para el estudio de las propiedades cuánticas de la materia.

Analicemos lo que sucede cuando un electrón se acerca a la superficie de helio líquido. El electrón sentirá primero una atracción hacia la superficie. Esto es debido a la fuerza entre el electrón y el momento dipolar de los átomos de helio producido por el mismo electrón. Sin embargo, a distancias muy cercanas a la superficie, el principio de exclusión de Pauli produce una fuerte repulsión.

Entonces, para mantener un electrón muy cercano a la superficie es necesario aplicar una fuerza adicional sobre él. Esto se logra por medio de una placa positivamente cargada sumergida en el helio. De otra manera, debido a que "cargas del mismo signo se repelen", los electrones tienden a distanciarse unos de otros lo más que pueden y abandonan la superficie líquida.

Para poder vencer la fuerza producida por la exclusión y penetrar la superficie del helio líquido es necesario que dotemos al electrón de gran energía. Una vez sumergido en el líquido, la presencia del electrón se revela por una pequeña burbuja que también es manifestación del principio de Pauli. Pero para lograr ese estado de burbuja el electrón requiere bastante energía. Una forma de hacerlo es aumentar el voltaje entre los electrones y la placa positiva. Si esto se hace paulatinamente se puede observar una depresión en la superficie del helio. Esta depresión es producida por la repulsión entre los electrones flotantes y los electrones de los átomos de helio. Si el voltaje sigue aumentando llega un momento en el que la depresión alcanza una profundidad crítica y sus paredes se doblan sobre los electrones que pasan al estado de burbuja.

Richard Williams y Richard Crandall, investigadores de la RCA, fotografiaron la depresión en 1973. La fotografía se muestra en la figura 13 junto con un esquema que muestra a los electrones flotantes jalados por la placa positiva sumergida en el helio líquido. Es una fotografía que se mira con respeto: son muchas las dificultades que hay que vencer para captar una imagen como ésta en los espacios reducidos donde se pueden mantener temperaturas cercanas al cero absoluto en las que el helio es líquido.

Figura 13. (a) Ilustración esquemática de la superficie de helio líquido, los electrones en la superficie y la placa metálica bajo la superficie. (b) Fotografía de la depresión de la superficie debida a la fuerza de condensación experimentada por los electrones. La fotografía se tomó desde un ángulo de 10ñ sobre la horizontal. (cortesía de Richard Williams).