Un motor microscópico que arde más que el Sol se adentra en los límites de la física

Un pequeño motor del tamaño de partículas microscópicas, que funciona a temperaturas cercanas a las existentes en el núcleo interno del Sol, podría abrir una ventana a los extremos más pequeños de la termodinámica, arrojando luz sobre algunos de los mayores misterios de la física.

Un grupo de físicos del King's College de Londres, en el Reino Unido, han construido un motor a escala micrométrica que, al simular temperaturas de millones de grados Celsius, permite explorar límites extremos de la termodinámica. El experimento se describe en un estudio de próxima publicación en la revista Physical Review Letters.

El motor artificial busca convertirse en una ventana hacia fenómenos que escapan a las leyes tradicionales de la física cuando se observan a escala microscópica, transformándose en un diminuto laboratorio real para estudiar estos eventos extremos, según indica un artículo publicado en Science Alert.

Temperaturas inimaginables

El dispositivo consiste en una microesfera de sílice de apenas 4,82 micrómetros de diámetro, que "levita" en una trampa eléctrica dentro de un espacio de vacío, que los investigadores “calientan” aplicando ruido eléctrico controlado. Ese ruido provoca que la partícula vibre como lo haría a temperaturas efectivas de hasta 12,9 millones de grados Celsius, o sea más caliente que la superficie del Sol y comparable a las temperaturas que imperan en el núcleo solar.

Sin embargo, vale aclarar que no se trata de calor real en sentido convencional: es una simulación estadística que reproduce el mismo movimiento térmico. En ese escenario extremo, el equipo científico implementó un ciclo de fases de “calentamiento” por ruido, incluyendo la expansión, el enfriamiento y la contracción de la trampa eléctrica.

Ejecutaron entre 700 y 1.400 ciclos por experimento bajo este mecanismo, que se denomina técnicamente motor Stirling, para estudiar con detalle cómo fluye el calor y reacciona la microesfera a esa escala. Los resultados exhiben enormes fluctuaciones: en instantes breves la partícula pareció producir más energía de la que aparentemente consumía, mostrando rendimientos puntuales por encima del 100 %.

Aplicaciones biomédicas

En definitiva, el experimento permite acceder a escenarios fuera del equilibrio termodinámico, que son prácticamente inalcanzables en motores macroscópicos. Además, la plataforma reproduce condiciones observables en procesos biológicos como el plegamiento de proteínas o el transporte de fármacos a través de membranas, por lo cual se convierte en un laboratorio controlado para estudiar problemas de interés biomédico.

Ahora, los científicos proponen empujar aún más lejos el sistema y alejarlo plenamente del equilibrio, buscando cartografiar la "zona gris" entre termodinámica clásica y otras dinámicas inexploradas. Lo más relevante es que el experimento convierte en medible y manipulable un territorio donde las leyes conocidas solamente actúan en promedio, mientras que otros fenómenos aún inexplicables también entran en juego.