Cómo los frisbees moleculares podrían fomentar la proliferación nuclear

Cualquiera que haya jugado con un frisbee tendrá una idea intuitiva de cómo el ángulo en el que lo lanzas determina el camino que toman.

Sin embargo, a medida que los frisbees se hacen más pequeños, la física cambia. A pequeña escala, el aire se vuelve más espeso como un jarabe y la inercia comienza a jugar un papel mucho menor. Por eso, es fácil pensar que existe un límite fundamental para lo pequeño que se puede hacer un frisbee.

No del todo, dicen Johannes Floss y sus colegas del Instituto de Ciencias Weizmann en Israel. En realidad, es bastante sencillo controlar la trayectoria de una molécula giratoria como un frisbee.

En los últimos años, han surgido varias técnicas para colocar moléculas en un gas que giran con sus ejes alineados con precisión, como una matriz tridimensional de cimas flotantes. Todas estas técnicas golpean las moléculas con un pulso láser cuidadosamente preparado para hacerlas rotar de cierta manera.

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

La respuesta dice que Floss y compañía disparan las moléculas giratorias a través de un campo eléctrico producido por otro láser. Siempre que el campo tenga algún gradiente de intensidad, desempeñará un papel análogo al aire en el vuelo del frisbee. Cuando eso suceda, la inclinación de las moléculas giratorias determinará la trayectoria que tomen.

Como señalan Floss y compañía: los jugadores de Frisbee utilizan una técnica similar para afinar la inclinación del disco giratorio para dirigirlo hacia un par de manos que esperan.

Esta técnica de frisbee proporciona un control notable sobre el camino que toman las moléculas. La trayectoria depende de factores como la fuerza del campo, la inclinación de rotación y la masa de la molécula.

Esto tiene implicaciones importantes para una serie de técnicas emergentes, particularmente en áreas donde no se puede utilizar la ionización. Por ejemplo, la nanofabricación molecular en la que se construyen pequeñas estructuras casi ladrillo a ladrillo debe usar moléculas neutrales porque la acumulación de carga podría distorsionar la forma o incluso impedir la construcción por completo.

Pero quizás la aplicación más importante, al menos a corto plazo, será la separación de isótopos. Dado que la trayectoria depende de la masa de la molécula, la técnica separará naturalmente las moléculas que contienen diferentes isótopos.

Los científicos nucleares querrán investigar el potencial de esta técnica para separar el uranio 235 más fisionable del uranio 238. En los últimos años, los físicos han logrado grandes avances en la separación de estos isótopos utilizando láseres para ionizar selectivamente un isótopo y dejar el otro neutral, lo que les permite separarse mediante un campo eléctrico.

Las técnicas de separación convencionales se basan en centrifugadoras gigantes que son difíciles y costosas de construir y, por lo tanto, forman una importante barrera tecnológica que impide que los países con aspiraciones nucleares fabriquen su propio uranio altamente enriquecido.

Pero existe un temor creciente de que el enriquecimiento con láser facilite mucho este proceso. Y ahora hay una nueva técnica que podría facilitar aún más la separación de isótopos.

Eso hace que sea fácil predecir que los frisbees moleculares se convertirán en el foco de gran interés en los próximos años. Pero es mucho más difícil decir cuánto escucharemos sobre estos desarrollos futuros.

Ref: arxiv.org/abs/1010.0887 : Molecular Frisbee: Movimiento de moléculas giratorias en campos no homogéneos

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