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21 de Mayo de 2019
Física

No puede sonar más fuerte

Se ha generado en un chorro de agua unas ondas de presión tan intensas que, de serlo aún más, destruirían el medio mismo en que se propagan.

El SLAC [Dicklyon].

Por suerte, no había ballenas cerca. Un grupo de científicos ha producido en el Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC,en Menlo Park, California, en un chorro de agua, el que probablemente sea el sonido físico más fuerte posible dentro de ese líquido (un ultrasonido, más exactamente). El grupo de Claudiu A. Stan y sus colaboradores crearon por medio de un láser de rayos X presiones de sonido de más de 270 decibelios en unos chorros de agua de unos pocos micrómetros de diámetro.

Esas ondas de presión ultrasónicas son tan intensas, explica el equipo en Physical Reviews Fluids, que a poco que lo fuesen algo más provocarían cavitación y destruirían así el propio medio donde se propagan. Por lo tanto, deben de ser las más intensas, o casi, que son físicamente posibles en el agua líquida. El trasfondo de la investigación es que la estructura de muchas proteínas se determina bombardeándolas con láser de rayos X en un chorro de agua delgado. Las ondas de choque resultantes podrían llegar a dañar las muestras durante la medición y conducir, quizá, a resultados falsificados.

El láser utilizado por el equipo de Stan, la Fuente de Luz Coherente Linac (LCLS), era más potente que las fuentes de radiación utilizadas para el análisis estructural. El pulso enfocado de los fotones de rayos X vaporizaba el agua en una pequeña fracción de segundo y arrancaba los electrones de las moléculas. Se producía en el chorro una onda de presión que alcanzaba cerca de su origen intensidades somnoras del orden de un gigavatio por metro cuadrado (el umbral de dolor para los oídos humanos es, en el aire, de diez vatios por metro cuadrado). La onda de choque interactúa con las paredes del chorro y produce así, a lo largo de su camino, versiones de sí misma que casi son copias suyas y de las que está separada por zonas de baja presión.

De acuerdo con el grupo de investigadores, una mayor intensidad sonora que la lograda en el experimento formaría, debido a la enorme diferencia de presión entre las crestas y los valles de la onda, burbujas de aire que destruirían el medio de propagación de la onda. Los experimentos con cristales de proteínas en agua utilizan una radiación láser mucho menos intensa, pero actúan mediante una gran cantidad de pulsos láser, con un ritmo de repetición de unos megahercios. En chorros muy finos, las ondas de presión resultantes también podrían dañar las muestras.

Lars Fischer / Spektrum.de

Artículo traducido y adaptado por Investigación y Ciencia con permiso de Spektrum der Wissenschaft.

Referencia: «Generation of high-intensity ultrasound through shock propagation in liquid jets», de Gabriel Blaj et al. en Physical Review Fluids, Phys. Rev. Fluids 4, 04340.

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