Pela primeira vez, engenheiros da Caltech criaram um anel estável de plasma ao ar livre - essencialmente capturando raios em uma garrafa, mas sem a garrafa.

A matéria pode existir em quatro fases distintas:sólida, líquido, gás, e plasma. Plasmas são feitos de partículas carregadas - íons e elétrons - e ocorrem naturalmente na Terra como um raio, no fenômeno climático denominado fogo de Santo Elmo (no qual bolas brilhantes de luz às vezes aparecem em objetos pontiagudos durante as tempestades), e em objetos feitos pelo homem, como lâmpadas fluorescentes e tochas de corte de plasma.

Usualmente, plasmas não têm formas próprias claramente definidas. O relâmpago segue um caminho de menor resistência através do ar, criando estruturas totalmente bifurcadas, enquanto os plasmas feitos pelo homem são limitados por câmaras de vácuo ou campos eletromagnéticos.

Como tal, Morteza (Mory) Gharib (PhD '83), o Professor Hans W. Liepmann de Aeronáutica e Engenharia Bioinspirada na Caltech, diz que ficou surpreso quando ele e sua equipe foram capazes de gerar um anel estável de plasma ao ar livre usando apenas um jato de água e uma placa de cristal. Suas descobertas serão publicadas no Proceedings of the National Academy of Sciences na semana de 13 de novembro.

"Alguns colegas nos disseram que isso nem era possível. Mas podemos criar um anel estável e mantê-lo pelo tempo que quisermos, sem vácuo ou campo magnético ou qualquer coisa, "diz o co-autor Francisco Pereira, do Instituto de Pesquisa de Tecnologia Marinha da Itália, um acadêmico visitante na Caltech.

O fluxo de água é um jato de 85 mícrons de diâmetro de um bico especialmente projetado para 9, 000 libras por polegada quadrada que atinge a placa de cristal com uma velocidade de impacto de cerca de 1, 000 pés por segundo. Para referência, é um riacho mais estreito do que um fio de cabelo humano se movendo tão rápido quanto uma bala disparada de uma arma de fogo.

Em seu estudo, Gharib e sua equipe experimentaram placas de cristal de quartzo e niobato de lítio, cada um dos quais pode induzir o efeito triboelétrico - no qual uma carga elétrica se acumula devido ao atrito com outro material. Quando o jato atinge o cristal, a água cria uma superfície lisa, fluxo laminar de íons carregados positivamente através da superfície carregada negativamente. Na região de cisalhamento, onde o riacho atinge a superfície e flui para fora, o efeito triboelétrico desencadeia um alto fluxo de elétrons através da água até sua superfície. Este fluxo de elétrons ioniza os átomos e moléculas do gás circundante próximo à superfície da água, criando um donut, ou toro, de plasma brilhante com dezenas de mícrons de diâmetro e visível ao microscópio.

Gharib e sua equipe dispararam o jato de água em superfícies de diferentes texturas e descobriram que quanto mais lisa a superfície, mais clara a estrutura do anel de plasma. O anel é estável, e enquanto a água continuar a fluir, o anel mantém sua forma e tamanho.

Além disso, os engenheiros que trabalharam com o plasma notaram que seus telefones celulares encontraram altos níveis de ruído de radiofrequência - estática - enquanto estavam na mesma sala do experimento. Acontece que o anel de plasma emite frequências de rádio distintas. "Isso nunca foi visto antes. Achamos que é por causa das propriedades piezo dos materiais que usamos em nossos experimentos, "Pereira diz, referindo-se à capacidade dos materiais de serem eletricamente polarizados por meio de estresse mecânico - neste caso, o fluir da água.

Gharib solicitou uma patente sobre a técnica de geração de toro. Embora não tenha nenhuma aplicação comercial imediata, a capacidade de gerar um anel estável de plasma sem campos eletromagnéticos poderosos ou vácuo sugere o possível uso de estruturas de plasma para armazenar energia, Gharib diz.

O artigo é intitulado "Geração de plasmóide toroidal por cisalhamento hidrodinâmico extremo."