Aunque hace tiempo que es factible hacer levitar objetos de ciertos materiales, unos científicos lo han logrado ahora con objetos minúsculos de materiales muy variados (por ejemplo, esferas de cerámica y de polietileno, microesferas huecas de vidrio (burbujas de vidrio), partículas de hielo, pelusas y semillas de cardo), entre una placa caliente y otra fría en una cámara a muy baja presión.
© University of Chicago/Jean Lachat
Levitación de partículas macroscópicas entre dos placas, una caliente y la otra fría, en una cámara a muy baja presión.
El equipo de Frankie Fung, Mykhaylo Usatyuk y Cheng Chin, de la Universidad de Chicago en Estados Unidos, ha demostrado la levitación y la suspensión tridimensional estable de partículas de esos materiales a través de fuerza termoforética en presencia de un fuerte gradiente de temperatura. Los tamaños típicos de las partículas atrapadas oscilan entre los 10 micrómetros y 1 milímetro.

En su trabajo, los investigadores lograron una serie de avances en la levitación, en cuanto a duración, orientación y método: duró más de una hora, en vez de unos pocos minutos; se alcanzó la estabilidad de forma radial y vertical, en vez de solo verticalmente; y se empleó un gradiente de temperatura en vez de luz o de un campo magnético.

La levitación magnética solo actúa sobre partículas magnéticas, y la levitación óptica solo funciona con objetos que pueden ser polarizados por la luz. En cambio, con este método innovador, el equipo de Fung, Usatyuk y Chin demuestra una forma de levitar objetos de cualquier tipo.

En el experimento, la placa de cobre inferior fue mantenida a temperatura ambiente, sirviendo como placa superior un cilindro de acero inoxidable lleno de nitrógeno líquido mantenido a cerca de 200 grados centígrados bajo cero. El flujo cálido ascendente desde la placa caliente a la fría mantuvo a las partículas suspendidas de manera indefinida.

La gran diferencia de temperatura lleva a una fuerza que equilibra la gravedad y resulta en una levitación estable. La clave en la obtención de esa alta estabilidad en la levitación está en el diseño geométrico de las dos placas. Una proporción adecuada entre sus tamaños y separación vertical permite que el aire caliente fluya alrededor y capture de manera eficiente los objetos levitantes cuando comienzan a alejarse del centro.

Otro requisito, también cumplido, es que el gradiente térmico necesita estar apuntando justo hacia arriba, ya que incluso una leve desalineación de un grado reducirá la estabilidad de la levitación. Solo dentro de un estrecho margen de presión, de gradientes de temperaturas y de factores geométricos de las placas, puede alcanzarse una levitación estable y prolongada. Cada tipo de partícula precisa asimismo de un ajuste fino de los parámetros.

El laboratorio de Chin está ahora examinando cómo hacer levitar mediante el nuevo sistema objetos mayores de un centímetro.

Información adicional