Vicerrectoría de Investigación

Los secretos del cuarto estado de la materia

Los secretos del cuarto estado de la materia

Entender distintos materiales en forma de plasma y vislumbrar sus eventuales aplicaciones es lo que ha movilizado por tres décadas al profesor de Física de la UC Mario Favre y al resto del grupo de física experimental.

Una colección de libros infantiles brasilera –sobre las aventuras de dos primos y una muñeca viva que viajaban al país de la gramática o de las matemáticas, y de muchas otras materias– hizo que Mario Favre quisiera ser físico desde siempre. Años después, cuando ingresó a estudiar física en la Universidad de Chile, se dio cuenta de que muchos de sus compañeros también habían sido influenciados por dichos libros.

Atrapado por la física, no le importó que en 1973 la contingencia política lo obligara a cambiarse de institución. Fue en la Universidad Católica donde finalmente se tituló y comenzó un magíster en materia condensada. Otro momento de cambios que lo llevó a reenfocar sus planes.

"Nunca pensé en física de plasmas", recuerda el académico de la UC. "Pero me ofrecieron hacer un doctorado en esta área y, como las oportunidades en la vida no hay que dejarlas pasar, respondí que sí", admite Mario Favre. Así partió con una Beca Presidente de la República al Imperial College (Inglaterra), a adentrarse en un mundo al que nunca se había acercado. Treinta años después, sigue viviendo en él.

En el laboratorio, enormes y pesadas máquinas hacen con esfuerzo extremo lo que a la naturaleza parece no costarle trabajo alguno: convertir la materia del estado gaseoso al de plasma. Y tal vez por esa facilidad es que el 99% o más de la materia conocida está en ese estado. "La Tierra es un planeta frío y por eso aquí hay sólido, líquido y gas. Pero el Sol es plasma, la materia que hay entre Sol y Tierra también lo es, al igual que la ionosfera terrestre", ejemplifica el científico.

Aunque los estados más conocidos de la materia son el sólido, el líquido y el gaseoso, el cuarto es justamente el plasma. Los materiales suelen pasar de uno a otro debido al cambio de temperatura y para llegar a este último estado poco conocido esa regla no es la excepción. "Un plasma típico tiene alrededor de 10 mil grados Celsius", dice Mario Favre.

A pesar de su extrema temperatura, los físicos pueden producirlos en el laboratorio y estudiar sus propiedades desde hace bastante tiempo. Además, cada vez aparecen más aplicaciones para ellos, explica el académico. La ciencia de los materiales, entre otras, es una de las áreas que más los utiliza, específicamente para cambiar las propiedades de las superficies, pero desde hace un tiempo la electrónica y la medicina también han encontrado sus beneficios.

Entre ellas está el reforzamiento de brocas de taladro, para que tengan mayor duración, o el de prótesis de rodillas y codos. "Nosotros estamos estudiando problemas básicos, pero nuestros colaboradores en Leipzig, Alemania, están desarrollando prótesis hechas de titanio recubiertas con carbono con el objetivo de mejorar su durabilidad y adaptación a los tejidos", agrega.

Pero los beneficios de los plasmas no terminan ahí. Estos también son estudiados por la radiación de rayos X blandos que producen, lo que ha permitido la miniaturización de los circuitos electrónicos e incluso varias aplicaciones médicas. "Los plasmas que tienen oxígeno, nitrógeno y un poco de vapor de agua son tremendamente reactivos y generan radicales libres. Se están desarrollando comercialmente sistemas en base a ellos para esterilizar heridas y así reemplazar el uso de químicos", explica Mario Favre.

El legado

El grupo de física experimental de plasmas de la UC ha doctorado a ocho investigadores y vienen más en camino. "Es un número muy alto para tratarse de esta área", explica Mario Favre. "Estamos al nivel de una universidad media de Estados Unidos y la gente viene a trabajar con nosotros de todas partes del mundo, porque sabe la calidad de lo que tenemos acá", agrega. El equipo ha tenido colaboraciones y publicaciones conjuntas con científicos de Argentina, Reino Unido, Francia, Israel y Malasia, entre otros.

Además, ha desarrollado desde su creación por lo menos tres proyectos Fondecyt en paralelo, fondos vitales para entender la ciencia básica de los plasmas y encontrar nuevas aplicaciones, asegura Mario Favre. "Hoy estamos mayormente enfocados en ella", especifica.