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Para la mayoría de las personas, el cielo nocturno evoca una sensación de quietud, con una estrella fugaz ocasional como el único movimiento visible. Sin embargo, una conversación con Rishabh Datta revela el drama supersónico que se estrella sobre el planeta Tierra. El candidato a doctorado ha centrado su estudio reciente en la velocidad del plasma a través del espacio, lanzado desde fuentes como la corona solar y dirigido hacia la Tierra, detenido abruptamente por una colisión con la magnetosfera del planeta. La onda de choque resultante es similar al «choque de proa» que se forma alrededor del cono de la nariz de un avión supersónico, que se manifiesta como el estampido sónico familiar.
El fenómeno del arco de choque ha sido bien estudiado. «Probablemente sea una de las cosas que mantiene viva la vida», dice Datta, «protegiéndonos del viento solar». Si bien cree que la magnetosfera proporciona «un laboratorio espacial muy interesante», el objetivo principal de Datta es: «¿Podemos crear este plasma de alta energía que se mueve supersónicamente en un laboratorio y podemos crearlo para estudiarlo? ¿Y podemos aprender cosas difíciles de diagnosticar en un plasma astrofísico? »
El viaje de investigación de Datta hacia el arco eléctrico y más allá comenzó cuando se unió a un programa de investigación para estudiantes de secundaria en la Universidad Nacional de Singapur. Con la tarea de cultivar bacterias y medir la cantidad de metano que producían en un tanque de biogás, Datta encontró su primera experiencia de investigación «bastante desagradable».
“Estaba trabajando con estiércol de pollo y todos los días llegaba a casa con un olor absolutamente horrible”, dice.
Como estudiante universitario en Georgia Tech, los intereses de Datta se dirigieron a la energía solar, impulsado por una nueva tecnología que creía que podía generar energía sostenible. Sin embargo, cuando se unió al Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT, sus intereses se habían desplazado hacia la investigación sobre la transferencia de calor y masa de las gotas en el aire. Después de un año de estudio, siente la necesidad de ir en otra dirección.
El tema de los plasmas astrofísicos había despertado recientemente su interés, y siguió su curiosidad con el curso de introducción al plasma impartido por el profesor Nuno Loureiro del Departamento de Ciencia e Ingeniería Nuclear. Allí conoció al profesor Jack Hare, que estaba sentado en el salón de clases buscando alumnos para trabajar con él.
«Y así es como terminé haciendo física de plasma y estudiando arco eléctrico», dice, «un viaje largo y tortuoso que comenzó con el cultivo de bacterias».
Colección de medidas MAGPIE
Datta está interesado en lo que puede aprender sobre el plasma mediante la recopilación de medidas de un arco de choque creado en el laboratorio, buscando verificar modelos teóricos. Utiliza datos ya recopilados durante los experimentos en un generador de energía pulsada conocido como MAGPIE (generador de megaamperios de experimentos de implosión de plasma), ubicado en el Imperial College de Londres. Al observar el tiempo que tarda un plasma en alcanzar un obstáculo, en este caso una sonda que mide campos magnéticos, Datta pudo determinar su velocidad.
Una vez que se estableció la velocidad, un sistema de interferometría pudo proporcionar imágenes de la sonda y el plasma que la rodeaba, lo que permitió a Datta caracterizar la estructura del arco de choque.
«La forma depende de qué tan rápido puedan viajar las ondas de sonido en un plasma», explica Datta. «Y esa ‘velocidad del sonido’ depende de la temperatura».
La interdependencia de estas características significa que, al generar imágenes de un choque, es posible determinar la temperatura, la velocidad del sonido y otras medidas de manera más fácil y económica que con otros métodos.
«Y saber más sobre su plasma le permite hacer predicciones sobre, por ejemplo, la resistividad eléctrica, que puede ser importante para comprender otra física que le pueda interesar», dice Datta, «como la reconexión magnética».
Este fenómeno, que controla la evolución de eventos tan violentos como las erupciones solares, las eyecciones de masa coronal, las tormentas magnéticas que impulsan las auroras e incluso las perturbaciones en los tokamaks de fusión, se ha convertido en el foco de su investigación reciente. Ocurre cuando los campos magnéticos opuestos en un plasma se rompen y luego se vuelven a conectar, generando grandes cantidades de calor y acelerando el plasma a altas velocidades.
Reenviar a Z
Datta viaja a los Laboratorios Nacionales Sandia en Albuquerque, Nuevo México, para trabajar en la instalación de energía pulsada más grande del mundo, conocida informalmente como la «máquina Z», para investigar cómo cambian las propiedades de la reconexión magnética cuando un plasma emite una fuerte radiación y se enfría. rápidamente.
En los próximos años, Datta solo tendrá que cruzar Albany Street en el campus del MIT para trabajar en otra máquina, PUFFIN, actualmente en construcción en el Plasma Science and Fusion Center (PSFC). Al igual que MAGPIE y Z, PUFFIN es una instalación de energía pulsada, pero con la capacidad de conducir la corriente durante 10 veces más que otras máquinas, lo que abre nuevas oportunidades en la astrofísica de laboratorio de alta densidad de energía.
Hare, quien dirige el equipo de PUFFIN, está satisfecho con la creciente experiencia de Datta.
«Trabajar con Rishabh es un verdadero placer», dice, «Aprendió rápidamente los entresijos de la física de plasma experimental, a menudo analizando datos de máquinas que aún no había tenido la oportunidad. Mientras construimos PUFFIN, es realmente útil para que realicemos experimentos en otras instalaciones de energía pulsada en todo el mundo, y Rishabh ya ha escrito sobre los resultados de MAGPIE, COBRA en Cornell en Ithaca, Nueva York, y Z Machine».
Persiguiendo la acción climática en el MIT
Junto con la búsqueda de Datta para comprender el plasma, está su búsqueda de la sostenibilidad, incluidas las soluciones de energía libres de carbono. Miembro del comité de sustentabilidad del Graduate Student Council desde que se unió en 2019, se animó cuando el MIT, al revisar su plan de acción climática, le dio a él y a otros estudiantes la oportunidad de participar en la toma de decisiones. Dirigió grupos de enfoque para proporcionar a los estudiantes de posgrado comentarios sobre el plan, planteando preguntas sobre la descarbonización de los campus, la necesidad de ampliar la contratación de investigadores en el inicio de su carrera que trabajan en el clima y la sostenibilidad, así como la reducción y gestión de desechos para los laboratorios del MIT.
Cuando no está concentrado en llevar la astrofísica al laboratorio, Datta a veces experimenta en un laboratorio más cercano a su casa, la cocina, donde a menudo se reta a sí mismo a duplicar una receta que se le ocurrió recientemente y que probó en su restaurante favorito. Su ambición declarada podría aplicarse a su trabajo sobre sostenibilidad, así como a su búsqueda para comprender el plasma.
«El objetivo es tratar de hacerlo mejor», dijo. «Estoy haciendo todo lo posible para que esto suceda».
El trabajo de Datta fue financiado, en parte, por la Fundación Nacional de Ciencias, la Administración Nacional de Seguridad Nuclear y el Departamento de Energía.
