Soinua argi bihurtzen denean

Andonegi Beristain, Garazi

Elhuyar Zientziaren Komunikazioa

Soinua eta argia, argia eta soinua, egunero ditugu inguruan. Soinuak musikaren bidez gozatzeko aukera eskaintzen digu eta argirik gabe ez genuke ikusterik izango. Bi uhin ezberdin dira, baina badago harremanik bien artean.

Soinua argi bihurtzen denean
2006/07/01 | Andonegi Beristain, Garazi | Elhuyar Zientziaren Komunikazioa

Likido bateko aire-burbuilak eta soinua dira sonoluminiszentziaren oinarria.
Artxibokoa
Soinuak argia eragin dezake. Bai, likido bateko aire-burbuilak soinua erabilita kitzikatzen badira, argia igortzen dute. Eta hori ez da fenomeno hutsala; izan ere, teorian, zerbaitek argia igortzeko tenperatura ikaragarria edo energia izugarria behar ditu. Soinua argi bihurtzeari sonoluminiszentzia deitzen zaio, eta 1934. urtean Koloniako Unibertsitatean (Alemania) detektatu zuten lehenengo aldiz efektu hori.

Ustekabeko aurkikuntza izan zen hura, beste asko bezala. Bi zientzialarik sonarra ikertzea zuten helburu, eta, esperimentu batean, likidoz betetako ontzi bati ultrasoinu-igorle bat jarri zioten. Burbuila txikiak ikusi zituzten likidoan eta, ultrasoinu-igorlea martxan jartzean, burbuilek argia igortzen zutela ikusi zuten, argi-pultsuak. Hori ez zen, noski, lortu nahi zutena, baina sonoluminiszentzia ikusi eta deskribatu zen lehenengo aldia izan zen. Ustez fenomeno hori bera ikusi zuten 1933an N. Marinescok eta J.J. Trillat-ek beren esperimentuetan. Parisko l'Académies des Sciences-eko bi zientzialari haiek frogatu zuten, hain zuzen ere, argazki-xaflak uretan sartuta eta ultrasoinua aplikatuta ilundu egiten zirela. Esperimentu haietan sonoluminiszentzia ikusi zutela uste da.

Berrogeita hamar urte geroago, 1989an, Mississippi Unibertsitateko irakasle zen Lawrence Crum-ek eta haren doktoregai Felipe Gaitan-ek aurrerapauso handia eman zuten sonoluminiszentziari dagokionez. Burbuila bakar baten sonoluminiszentzia eragitea lortu zuten esperimentalki. Horrek aukera eman zien fenomenoa elkarrekintzarik gabeko burbuila bakar egonkor batean behin eta berriz behatzeko. Orduantxe konturatu ziren burbuilak argia igortzeko barneko tenperaturak ikaragarri handia izan behar zuela, altzairua urtzeko adinakoa, eta hortik etorri da gerora ere sonoluminiszentziarekiko interesa.

Sonoluminiszentziaren oinarriak

(Argazkia: Wikipedia)

Sonoluminiszentziaren oinarrian soinu-uhina dago. Likido baten barruan aire-burbuila bat sortuz gero, uzkurtu eta hedatu egiten da soinu-uhinak eragiten dion presioaren arabera. Hain zuzen ere, burbuilek presio-maila handiena jasaten dutenean igortzen dute argia. Une horretan, beren diametroa oso txikia izaten da; mikrometro batekoa, gutxi gorabehera.

Igortzen den argiaren intentsitateari dagokionez, badago oraindik azalpenik gabeko bitxikeria bat dago: gas noble baten kantitate txiki bat ur-tangara gehituz gero, argiaren intentsitatea nabarmen handitzen da. Zientzialariek ez dakite zergatik, baina horixe gertatzen da.

Burbuilak igortzen duen argiaren uhin-luzera, berriz, oso txikia izaten da; argi horren espektroa ultramorera ere irits daitekeela uste dute zientzialariek. Aldiz, maiztasuna oso handia izaten da, eta egonkorra, ultrasoinu-iturriaren maiztasuna aldatzen ez bada behintzat.

Bi parametro horiek, maiztasuna eta uhin-luzera, alderantziz proportzionalak dira. Gainera, uhin-luzera txikia denean, energia handiagoa izaten du argiak. Horregatik, burbuila barruko tenperatura 10.000 eta milioi bat kelvin artekoa dela diote adituek; hau da, 9.727 ºC eta 999.727 ºC artekoa.

Rusi Taleyarkhan Oak Ridge National Laboratory-n. Sonoluminiszentzian oinarrituta fusioa lortu duela dio zientzialari honek.
L. Freeny/U.S. Department of Energy photo
Hain zuzen ere, tenperatura horiek leku txiki jakin batean izateak egiten du hain interesgarri sonoluminiszentziaren fenomenoa. Izan ere, tenperatura horietan, ontzia bera berotu gabe, fusioa posible dela uste dute. Burbuilaren tenperatura eta barneko presioa nahiko handiak badira, burbuila ñimiñoen barruan fusioa gertatzeko aukera dagoela uste dute zientzialariek. Baina, zoritxarrez, oraindik ez da posible izan tenperatura horiek neurtzea, ezta fusioa posible dela frogatzea ere.

Bada, ordea, halakorik egin duela dioen zientzialaririk. Duela gutxi, R. P. Taleyarkhan zientzialariak deuterioaren fusioa lortu zuen metodo hori erabilita, hainbat tokitan argitaratu zuenez (2002-2005). Deuterioa hidrogenoaren isotopo bat da. Nukleoan protoi bat eta neutroi bat ditu, eta inguruan elektroi bat biraka. Taleyarkhanek deuterioa sartu zuen tanga batean, eta aire-burbuilak soinu-uhinez bonbardatu zituen. Fusiorik balego, bi deuterio elkartu eta helioa sortuko litzateke. Taleyarkhanek esan zuenez, horixe lortu zuen berak, baina esperimentu horiek ezin izan dira errepikatu haren laborategitik kanpo, ezta frogatu ere; beraz, zalantzan jartzen dira haren emaitzak.

Azalpenik ez oraindik

Fusioa lortu den edo ez alde batera utzita, sonoluminiszentziaren mekanismoak ere ez daude batere argi. Askoren ustez, burbuilek ezin dute beren forma esferikoa mantendu presio hain handietan, eta horrek sorrarazten omen du sonoluminiszentzia. Beste askok puntu izugarri beroak jartzen dituzte argi-igorpenaren muinean, eta badira likidoan gertatutako kolisioak, burbuilaren kanpoko koroaren emisioak eta beste hainbat arrazoi aipatzen dituztenak ere. Baina, guztiek onartzen duten teoriaren arabera, argi-igorpenak zerikusia du burbuilak presioaren eraginez jasaten duen bat-bateko uzkurdurarekin.

Andrea Prosperetti ikertzailearen arabera, burbuiletan izotz moduko egiturak sortzen dira, eta haiek puskatzean emititzen da argia.
Snowcrystals.com

Hala ere, badira asko eztabaidatu eta, aldi berean, asko zabaldu diren bi teoria sonoluminiszentziari buruz.

Sussexeko Unibertsitateko Claudia Eberlein fisikariak dioenez, argia burbuila inguratzen duen hutsak sortzen du. Fenomeno hori zulo beltzen inguruan sortzen den argiarekin alderatzen du fisikariak. Teoria kuantikoaren arabera, hutsa partikula birtualez beteta dago, baina uraren eta airearen arteko mugimendu azkarrek fotoi erreal bilakatzen dituzte fotoi birtual horiek. Horren arabera, burbuilen inguruan dagoen hutsak igorritako fotoiak lirateke argi-pultsuak. Teoria horrek, ordea, badu kontrako froga bat: argiaren propietateak aldatu egiten dira gas nobleak sartuz gero ur-tangara, eta ez luke halakorik gertatu behar hutsak sortzen badu argia.

Bigarren teoriaren arabera, burbuila gurutzatzen duten likido-zorrotada azkarrek sortzen dute argia, 6.000 kilometro orduko abiadura duten zorrotadek. Teoria hori Johns Hopkins Unibertsitateko Andrea Prosperetti irakasleak plazaratu zuen. Ur izoztuak argia emiti dezake puskatzen denean, eta, teoria horren arabera, burbuilaren barruko presio altuek izotz moduko egiturak sortzen dituzte. Likido-zorrotadek burbuila gurutzatzen dutenean, izotz moduko egitura horiek puskatu egiten dira, eta horrek fotoien igorpena eragiten du.

Prosperettiren arabera, gas nobleak sartuz gero, izotz moduko egitura horietan aldatu egiten da ur-molekulen lerrokatzea: kristalezko egituran akatsak sortzen dira eta haustura errazten da. Teoria hori egia dela frogatzeko, nahikoa litzateke soinurik gabeko ontzi batean burbuilak zuzenean ur-zorrotada azkarrez bonbardatzea. Hori, ordea, ikusteke dago.

Hainbat burbuilak sortutako sonoluminiszentzia.
D. Flannigan/K. Suslick, UIUC
Hala ere, esan behar da zientzia-komunitateak bi teoriak baztertzen dituela, batez ere lehenengoa. Biak oso korapilatsuak direla uste du.

Aplikazio errealak

Baina, sonoluminiszentziaren mekanismoak ezagutzen ez badira ere, hainbat aplikazio ikertu dira dagoeneko. Esaterako, Japoniako ikertzaile batzuek ura arazteko erabiltzen den TiO 2 katalizatzailearen eragina areagotzeko erabili dute sonoluminiszentzia. Beste zenbait ikertzailek metalak identifikatu eta zenbatesteko erabiltzen dute. NASAk ere badu ikerketa bat espazioko ibilgailu arinagoak eta seguruagoak egiteko sonoluminiszentzia aplikatuta. Hain zuzen ere, instrumentaziorako eta neurketetarako erabili nahi dute.

Duela gutxi, azken aplikazioa Inasmet zentro teknologikoaren eskutik ezagutu dugu. Sonoluminiszentzia Legionella bakterioaren aurka erabiliko omen dute. Eta, nola? Bada, edozein eraikinetako hozte-sistemetako hodietan ura egoten da, eta han hazten dira Legionella bakterioa eta beste hainbat mikroorganismo. Hodi horietan aire-burbuilak sartuta eta ultrasoinuak igorrita, hodiak garbitu nahi dituzte.

Legionella- k arazo larriak sortzen ditu batez ere ospitaleetan, baina bestela ere gertatzen dira kutsatzeak. Esaterako, duela gutxi hainbat pertsona gaixotu dira Nafarroan.
EPSCO

Alde batetik, burbuilen inguruan presio eta tenperatura ikaragarri handiak sortzen dira, eta, ondorioz, burbuila horiek bidean topatzen dituzten Legionella bakterioak hilko dituzte. Eta, bestetik, hozte-sistemako uraren zirkuituan oxidazio-prozesuak bultzatuko dira. Estres oxidatzaile horrek mikroorganismoentzat bizitzeko ezinbestekoa den euskarria (biofilma) sortzea eragozten du, eta, beraz, ez Legionella -k ez bestelako mikroorganismoek ezingo dute ezarri hozte-sistemetako ur-zirkuituetan.

Aplikazioak izan baditu, beraz, sonoluminiszentziak. Baina interesik handiena, noski, fusioa modu kontrolatuan erdiesteko aukeran dago. Hori lortzeko, ordea, noizbait lortuko bada, bide luzea dago oraindik egiteko.

Andonegi Beristain, Garazi
3
222
2006
7
023
Fisika; Energia; Teknologia
Artikulua
14

Gehitu iruzkin bat

Saioa hasi iruzkinak uzteko.

Webgune honek cookieak erabiltzen ditu zure nabigazio-esperientzia hobetzeko. Nabigatzen jarraitzen baduzu, ulertuko dugu cookie horien erabilera onartzen duzla. Ezeztatuz gero, ezingo duzu webgune honetan nabigatu. Onartu
Informazio gehiago
Babesleak
Eusko Jaurlaritzako Industria, Merkataritza eta Turismo Saila
MAIER Koop. Elk.
KIDE Koop. Elk.
ULMA Koop. Elk.
EIKA Koop. Elk.
LAGUN ARO Koop. Elk.
FAGOR ELECTRÓNICA Koop. Elk.