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¿Se está calentando la fusión en frío?
Quince años después de que las primeras afirmaciones controvertidas aparecieran en los titulares, la fusión fría se niega a morir. Un pequeño grupo de defensores acérrimos sostiene que los experimentos ahora producen resultados consistentes. El establecimiento de la física continúa burlándose, pero algunos científicos que han estado observando el campo con atención están convencidos de que está sucediendo algo real. Y ahora, el Departamento de Energía de EE. UU. Ha decidido que los resultados recientes justifican una nueva mirada a la fusión fría.
La fusión de los núcleos de los átomos de hidrógeno alimenta al sol y promete una energía casi ilimitada en la Tierra. Pero la fusión es extraordinariamente difícil de domesticar porque los núcleos se repelen fuertemente entre sí. El tremendo calor y la presión dentro del sol pueden superar esta repulsión, y las bombas termonucleares pueden alcanzar esas condiciones, fugazmente, en la Tierra. Pero construir un reactor de fusión que pueda convertir ese tremendo calor en energía útil ha planteado un inmenso desafío. Después de décadas de investigación, las condiciones necesarias para la fusión todavía pueden alcanzarse sólo brevemente, y estas reacciones de fusión experimentales producen menos energía de la necesaria para encenderlas.
Los físicos se sorprendieron cuando dos electroquímicos de la Universidad de Utah, Stanley Pons y Martin Fleischmann, afirmaron en 1989 que habían logrado la fusión nuclear a temperatura ambiente. Su experimento empaquetó deuterio, el isótopo pesado estable del hidrógeno, en electrodos de paladio. Después de muchas horas de funcionamiento, informaron que se generó más calor del que podría haber producido una reacción puramente química. Al principio, parecía que Pons y Fleischman podrían haber ideado una forma revolucionariamente fácil de aprovechar la energía de fusión, y los laboratorios de todo el mundo se apresuraron a probar el experimento por sí mismos. Sin embargo, el experimento de apariencia simple resultó virtualmente imposible de reproducir y, en cuestión de semanas, la mayoría de los físicos descartaron la fusión fría como un error, un resultado experimental que contradecía las leyes conocidas de la física.
Sin embargo, el potencial de la energía ilimitada atrajo a una banda de aspirantes a revolucionarios que siguieron trabajando en el problema. A menudo no encontraron nada. A veces, sin embargo, sus experimentos parecían producir más energía de la que esperaban de las reacciones químicas; en otras ocasiones detectaron rastros de posibles productos de reacción de fusión, lo que sugiere que algunos efectos físicos previamente desconocidos pueden estar en juego.
La evidencia de la nueva física se ha estado acumulando durante años, dice Peter Hagelstein, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática en el MIT, quien presidió la décima Conferencia Internacional sobre Fusión Fría en Cambridge en agosto pasado. Los experimentos realizados en condiciones controladas adecuadamente producen de manera confiable más calor de lo que predice la teoría estándar. Los productos nucleares aparecen en las cantidades adecuadas para dar cuenta de este exceso de calor. Han surgido patrones que explican anomalías anteriores. Cuando Hagelstein vio cómo encajaban las piezas del rompecabezas en la reunión de agosto, instó al Departamento de Energía a reconsiderar un campo que había sido expulsado de la ciencia ortodoxa poco después de su nacimiento.
Durante los últimos 15 años, los entusiastas han generado unos 3.000 manuscritos sobre fusión fría, pero muy pocos se han publicado en revistas científicas. Muchos resultados se evaporaron bajo el examen externo, y los promotores impulsaron esquemas de energía libre que sonaban más a movimiento perpetuo que a física. La mayoría de esos manuscritos no son útiles, dice Hagelstein, un teórico con amplios intereses en óptica, energía y física nuclear. Pero unos 50 muestran efectos interesantes y reproducibles. El efecto del calor se ha replicado muchas veces, Hagelstein. Funciona solo cuando se carga deuterio en las células de paladio y nunca cuando se usa hidrógeno normal en lugar del isótopo pesado. Las mediciones exactas con instrumentos de medición de calor han respondido a las críticas de los experimentos originales. El exceso de calor se ha medido más allá de lo que Hagelstein considera cualquier duda razonable.
Los experimentos que producen un exceso de calor también han producido helio-4, un producto potencial de la fusión de dos núcleos de deuterio, en cantidades que se correlacionan con el exceso de calor. La teoría predice que la reacción de fusión debería generar 24 millones de electronvoltios (MeV) de energía por núcleo de helio-4. Un análisis de Michael McKubre de SRI International detectó energía de 31 MeV, una coincidencia dentro de la incertidumbre experimental de más o menos 13 MeV. Los escépticos habían dudado que la reacción fuera posible, pero Hagelstein dice que el análisis de McKubre de los experimentos, informado en la reunión de fusión fría del año pasado, muestra que la fusión de dos deuterio para producir helio-4 no es tan loca como parecía inicialmente.
McKubre también ha descubierto que la aparente inconsistencia en la producción de calor experimental surgió de diferencias en la cantidad de deuterio empaquetado en el electrodo de paladio. Siempre que el número de átomos de deuterio cargados en el metal coincidía o excedía el número de átomos de paladio, se generaba un exceso de calor. El paladio cargado con un poco menos de deuterio produjo resultados inconsistentes, y si el nivel de deuterio se redujo en una gran cantidad, entonces no se produjo ningún exceso de calor. La carga de deuterio era difícil de controlar y estaba limitada por la resistencia del metal. Desafortunadamente, la fuerza del paladio es difícil de predecir o controlar y no mejora con la purificación; de hecho, el paladio más puro se rompió con cargas más bajas y la resistencia más alta se observó sólo en un lote impuro.
La creciente evidencia ha convencido al físico de fusión George Miley de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign de que están ocurriendo importantes fenómenos físicos. Los escépticos no están cambiando de opinión, pero él piensa que los observadores que antes eran neutrales se están volviendo más receptivos a la posibilidad de que se esté produciendo un fenómeno real en estos experimentos. Sin embargo, aunque los investigadores de la fusión fría han pasado de pensar que huelen a humo a sentir calor, todavía no está claro qué está pasando realmente. Este campo está dirigido de forma experimental. Tenemos que llevar las teorías hasta donde comienzan a ayudar a liderar los experimentos, dice Miley.
El desafío para teóricos como Hagelstein es llenar la enorme brecha entre la teoría nuclear tradicional y los experimentos de fusión fría. Sospecha que la dificultad radica en una aproximación muy poderosa en la raíz de 70 años de física nuclear: que todas las interacciones nucleares ocurren entre dos partículas en el vacío. Él piensa que la suposición se rompe en la fusión fría, donde las partículas que interactúan están empaquetadas en una red metálica. Su idea es que los núcleos de deuterio intercambian energía vibratoria, o fonones, con los átomos de paladio circundantes. Ese intercambio podría mejorar las interacciones nucleares que de otro modo serían extremadamente pequeñas, de modo que las reacciones pueden ocurrir a las velocidades que implican los experimentos de fusión fría. La teoría de Hagelstein aún está en desarrollo, pero está llegando a un punto en el que puede comenzar a hacer predicciones comprobables, un paso vital para hacer de la fusión fría una ciencia creíble. Con el tiempo, con suerte, resolveremos más el rompecabezas, dice.
Una revisión positiva del Departamento de Energía abriría la puerta a un apoyo de investigación muy necesario, pero quedan grandes interrogantes incluso si se puede establecer la realidad de la física. ¿Es el efecto de fusión en frío lo suficientemente fuerte como para usarse en la producción práctica de energía? Si es así, no es probable que compita directamente con la fusión en caliente, dice Miley, que trabaja en ambos. La fusión en frío funciona a pequeña escala, por lo que podría encontrar un hogar en pequeñas unidades de energía distribuidas. El hogar natural de Hot Fusion está dentro del sol; si se puede controlar en nuestro planeta, estaría dentro de grandes reactores que suministran energía a la red.
Pero esos objetivos están muy lejos. Por ahora, la pequeña comunidad de investigadores de fusión fría espera estar en el umbral de la validación después de 15 años de lucha.