Sociedad

No, un coche no puede funcionar con neutrinos

Aunque estas partículas están continuamente a nuestro alrededor, es imposible extraer de ellas energía suficiente para hacer funcionar ninguna máquina.

Un vehículo mucho más funcional que un coche de neutrinos.
Un vehículo mucho más funcional que un coche de neutrinos.Davidjneff (Wikimedia)

En las últimas semanas hemos podido leer en algunos medios de comunicación –no en éste, desde luego– que un consorcio con sede en Alemania, llamado Neutrino Energy, está desarrollando una tecnología que permitirá extraer energía de los neutrinos, unas partículas que están a nuestro alrededor en todo momento. Esta energía sería limpia, virtualmente inagotable y nos permitiría incluso impulsar coches eléctricos. Es una idea atractiva, pero por desgracia es también un disparate. Vamos a explicar por qué.

Los neutrinos

El neutrino es una de las partículas de moda en la física. Lo es, sobre todo, porque nuestro conocimiento sobre ellos ha mejorado dramáticamente en los últimos treinta años. Ahora sabemos que tienen masa. Ahora sabemos que algunas de sus propiedades cambian sólo por moverse. Pero para lo que nos interesa hoy ninguna de esas cosas importa. Lo que nos importa son dos cosas: que el Sol produce neutrinos en grandes cantidades y que son endemoniadamente difíciles de frenar.

Tendemos a pensar en las partículas como pequeñas bolitas que se mueven por el espacio. Esa visión nos anima a pensar que si una de esas bolitas se encuentra con otra… chocarán, lógicamente. Y eso no es lo que sucede: a veces dos partículas se encuentran y simplemente se atraviesan, siguen su camino como si nada hubiera pasado. Esto se debe a que las partículas no son bolitas, sino más bien vibraciones, similares a ondas de sonido, olas que se agitan en un mar que no podemos ver. A esos “mares” los llamamos campos y son, digamos, la sustancia de la que están hechas las partículas. Para que dos partículas choquen es necesario que sus campos –sus “sustancias”– puedan intercambiar energía. Es necesario, si queremos verlo así, que un campo pueda “empujar” al otro. Y esto ya no es tan evidente como dos pelotas que chocan una con la otra.

Imagen de un electrón en un átomo de hidrógeno obtenida mediante microscopía de fotoionización
Esta imagen nos puede ayudar a imaginarnos las partículas de forma un poco diferente. Lo que vemos aquí es el electrón de un átomo de hidrógeno. Un único electrón que, como vemos, se parece bien poco a una pequeña esfera. En el átomo de hidrógeno, atrapado por la atracción del núcleo, el electrón se parece mucho más a una especie de "bruma" que rodea al núcleo atómico. Las partículas se parecen más a esta bruma que a un objeto sólido.Aneta Sylwia Stodolna (nombre del dueño)

Aun así, la mayoría de las partículas respetan nuestra intuición y funcionan más o menos como bolitas: sus campos intercambian energía fácilmente. Están “bien comunicados”, y sus partículas chocan, rebotan y hacen las cosas que esperamos de ellas. Pero no los neutrinos: el campo de los neutrinos es especialmente inerte, y no acepta fácilmente energía de otros. Tampoco cede la suya con facilidad. Los neutrinos se encuentran con otra partícula y… pasan de largo, la atraviesan como si fuera transparente. Sólo muy de vez en cuando un neutrino se encuentra con otra partícula y rebota.

Ésta es una de las razones de que nos haya costado tanto entender bien a los neutrinos: nuestros detectores, nuestros aparatos, están hechos de partículas, y los neutrinos los atraviesan, como si estuvieran vacíos. La única estrategia posible para detectar neutrinos es poner el detector en un sitio en el que haya muchos y esperar a que alguno, muy de tanto en tanto, choque con algún átomo del detector.

Por fortuna, como decimos, en la Tierra hay muchísimos neutrinos. El Sol los está produciendo continuamente, e igual que nos baña con su luz y su calor también nos baña en neutrinos. Aunque de eso no nos enteramos, porque los neutrinos,a diferencia de la luz, nos atraviesan. Pero cada segundo, tanto de día como de noche, mil billones de neutrinos pasan a través de nuestro cuerpo. Sólo recientemente hemos entendido cómo son esos neutrinos y por qué tienen las propiedades que tienen.

La promesa

Aquí es donde nace la idea de la que hablamos hoy: cada hora, trillones de neutrinos están moviéndose por cada metro cuadrado del planeta. Cada uno de esos neutrinos lleva una energía muy pequeña, pero son muchísimos. ¿Sería posible aprovechar al menos una fracción de esa energía? ¿Es posible frenar esos neutrinos y que dejen su energía en nuestras baterías?

La gente de Neutrino Energy afirma que sí. Dicen que están trabajando en un material basado en grafeno que frena los neutrinos y convierte su energía en electricidad. El mecanismo, que explican de forma extremadamente vaga, es que los neutrinos hacen vibrar la hoja de grafeno y que esa vibración se puede convertir en electricidad. Con un gran número de esas piezas de grafeno conectadas a una batería eléctrica podríamos estar recargando la batería continuamente. De forma gratuita. Sólo a costa de unas partículas de cuyo paso ni siquiera somos conscientes.

Representación visual de una lámina de grafeno. En ella, cada punto es un átomo de carbono, y las líneas que los unen están en realidad formadas por electrones que viajan libremente por toda la red. La lámina tiene un espesor de un solo átomo, y el movimiento puede hacerla oscilar como una sábana al viento.
Representación visual de una lámina de grafeno. En ella, cada punto es un átomo de carbono, y las líneas que los unen están en realidad formadas por electrones que viajan libremente por toda la red. La lámina tiene un espesor de un solo átomo, y el movimiento puede hacerla oscilar como una sábana al viento.

El truco

Desde luego, las pruebas que ofrecen de que esto sea posible son insatisfactorias, por no decir inexistentes. Hay un delicioso vídeo en internet en el que tres señores se reúnen en torno a una mesa de café y conectan unas láminas a un polímetro, comprobando que ¡hay electricidad! Desde luego las láminas son de un material no especificado y desde luego hay muchos efectos que generan pequeñas cantidades de electricidad sin necesidad de que los neutrinos jueguen ningún papel. La “demostración” no demuestra nada, y es lógico que así sea, porque lo que prometen es imposible.

Para entender por qué, consideremos lo siguiente: su material, tenga grafeno o no lo tenga, está hecho de átomos. Y los átomos están hechos, a su vez, de protones, neutrones y electrones: partículas muy bien conocidas que sabemos que apenas intercambian energía con los neutrinos. Sólo hay una manera de que esas partículas frenen a un neutrino: usar grandes cantidades de ellas. Por eso los detectores de neutrinos usan millones de litros de agua, o cuando son más pequeños, se conforman con ser menos eficaces. O sea, con cazar muy muy pocos neutrinos.

Veamos qué significa eso de “menos eficaces” con un ejemplo. Imaginemos nuestro cuerpo: también está hecho de partículas y también estamos bañados por los neutrinos del Sol, así que de vez en cuando alguno chocará contra partículas de nuestro cuerpo. En base a lo que sabemos de los neutrinos estimamos que cada día se producen en nuestro interior alrededor de 40 colisiones de neutrinos. Cuarenta, cada una de las cuales transporta una energía pequeñísima. Ahora imaginemos cuánto se reduce esa cifra si en lugar de un cuerpo humano tenemos una fina lámina, sea del material que sea.

Pero quizá esto es ser poco ambiciosos: ¿y si pudiera existir un material, también hecho de protones, neutrones y electrones, con el que los neutrinos chocasen más fácilmente? Bueno, pues ¡ese material existe! Lo que ocurre es que no podríamos llevar en el bolsillo ni siquiera una pequeña cantidad: ese material está en el núcleo de las estrellas más masivas, y un pequeño cubito de esa sustancia pesaría tanto como la Gran Pirámide de Guiza.

¿Cuál es el truco de esa sustancia estelar? ¿Por qué es tan eficaz para frenar a los neutrinos? Bueno, su truco es no tener truco: si hacen falta muchos protones para frenar a un neutrino, eso es lo que tenemos en el núcleo de las estrellas, muchos protones y neutrones muy cerca unos de otros. Están tan cerca que ese material es ultra denso, y por eso un trocito muy pequeño pesa una enormidad. Ése es el único truco posible para frenar a un neutrino: ponerle delante mucha materia.

Y ese truco, precisamente, es el que garantiza que una lámina va a ser un material muy malo para frenar a un neutrino. Las láminas están hechas de átomos, y en los átomos hay muy poca materia: unas decenas de partículas en el núcleo y otras tantas dispersas alrededor de él. Para crear ese material ultra denso del núcleo de las estrellas lo primero que hay que hacer es romper todos los átomos, para poder empaquetar las partículas mucho más de lo que están en un átomo. Los átomos, en definitiva, están “demasiado vacíos” para un neutrino. Desde su punto de vista nosotros somos bastante parecidos a la nada.

Estructura del átomo de helio. La nube difusa representa a los electrones como un espacio donde es probable encontrarlos, no como la incorrecta representación con “bolitas”. En el centro se ve el núcleo y una ampliación donde se distinguen dos protones (rojos) y dos neutrones (azules).
Representación de un átomo de helio. La nube difusa de color negro son los electrones, que son muy ligeros pero ocupan mucho espacio. En el centro se ve el núcleo y una ampliación donde se distinguen dos protones (rojos) y dos neutrones (azules). Esto nos permite hacernos una idea de lo "vacíos" que están en realidad los átomos, con la mayor parte de su espacio ocupado por una nube difusa de electrones. La mayor parte de la masa está concentrada en el núcleo, que es mucho más pequeño que el átomo.Yzmo

El prestigio

En su estupenda novela de 1995, Christopher Priest nos convenció de que los trucos de magia constan de tres partes, o actos. En el primero, el mago nos muestra un objeto ordinario, como un neutrino o una lámina de grafeno, y nos promete que son completamente normales. Llamamos a este acto la presentación o, a veces, la promesa. En el segundo acto el mago usa esos objetos ordinarios para hacer algo extraordinario: los neutrinos pasan a través de una lámina y… ¡obtenemos electricidad! Este acto es la actuación. Pero para que el truco sea exitoso hace falta un acto más: el mago nos ha de demostrar que esto no ha sido una ilusión. Necesita demostrar que el grafeno era real, que los neutrinos eran reales y que la electricidad era real. A este último acto lo llamamos el prestigio.

Neutrino Energy va a tener serios problemas con el tercer acto. Sencillamente, porque con sus aparatos hechos de átomos no va a poder capturar la energía de casi ningún neutrino: para las esquivas partículas fantasma esos dispositivos están esencialmente vacíos.

QUE NO TE LA CUELEN

  • Cuando alguien afirma que está desarrollando una tecnología revolucionaria nuestra potestad como público es pedirle que nos explique cómo va a funcionar. Pero aún más interesante es pedirle que nos explique qué podría salir mal o cuáles son los defectos de su idea. Toda tecnología es imperfecta y tiene puntos débiles. Si no saben o no quieren responder a esas preguntas, en el mejor de los casos sabemos que no están siendo honestos con nosotros. En el peor, puede que ni siquiera sepan de qué están hablando.

REFERENCIAS

  • Web de Neutrino Energy
  • Sergio Pastor. Los neutrinos. Los Libros de la Catarata (2016)
  • Christopher Priest. El prestigio. Minotauro (2007)