☕ Quien haya preparado café de filtro conoce ese momento: el filtro se tapa y el agua deja de bajar. Un equipo del Instituto de Ciencias de Tokio (Science Tokyo) estudió ese tipo de atasco con diminutos remolinos de corriente dentro de un superconductor. Según la universidad, es la primera vez que un experimento demuestra que el atasco es una transición de fase.

Por qué cuesta tanto estudiar un atasco

Los atascos están por todas partes. En su anuncio, la universidad menciona usos en los que se aprovechan a propósito, como los filtros de café, las mascarillas y los aires acondicionados, además del tratamiento de aguas y la diálisis. También señala lugares donde causan problemas: las tuberías de agua de refrigeración, las vías de suero y los vasos sanguíneos. Las personas y los animales que pasan por una puerta estrecha también se atascan.

Lo complicado es que un flujo de partículas puede detenerse por más de un motivo. Una partícula puede quedarse enganchada en algo por sí sola. O varias pueden empujarse entre sí en un punto estrecho hasta que todo lo que viene detrás se frena. En la realidad ambas cosas ocurren a la vez, y cuesta saber cuál detiene de verdad el flujo.

Según el artículo del equipo, las simulaciones por computadora ya habían predicho que el paso de un flujo en movimiento a un atasco total es una transición de fase fuera del equilibrio. Pero, hasta donde saben los autores, ningún experimento lo había demostrado.

El banco de pruebas: remolinos dentro de un superconductor

Los investigadores usaron una película superconductora delgada de molibdeno y germanio en forma amorfa, es decir, sin estructura cristalina. Cuando se aplica un campo magnético a un superconductor así, el campo atraviesa la película en haces diminutos llamados vórtices, y alrededor de cada uno gira una corriente.

Estos remolinos resultan prácticos para experimentar. Al hacer pasar corriente por la película, los vórtices se desplazan y generan un voltaje proporcional a su velocidad. El empuje se fija con precisión mediante la corriente y la velocidad se lee en el voltaje, de modo que un flujo de partículas puede seguirse solo con mediciones eléctricas.

La película tiene además pequeños defectos repartidos al azar. Un vórtice en movimiento puede quedar atrapado en uno de ellos, de uno en uno. Los físicos lo llaman anclaje. Pero cuando los vórtices atrapados se alinean como un muro, solo dejan pasos estrechos. Como los vórtices se repelen entre sí, los que llegan detrás quedan retenidos en esos pasos. Eso es un atasco.

Empujar hacia atrás para distinguir dos formas de detenerse

El equipo se fijó en que un atasco se deshace casi al instante cuando se invierte el empuje. Primero llevó los vórtices a los pasos estrechos hasta atascarlos, luego los empujó en sentido contrario y midió cómo se frenaba el flujo.

El flujo se frenó en dos etapas. La caída brusca del principio correspondía a vórtices que salían de un atasco y enseguida volvían a atascarse en otro paso estrecho cercano. El descenso lento posterior correspondía a vórtices en movimiento que poco a poco quedaban atrapados en defectos. Cuando el equipo invirtió el empuje solo por un instante, lo justo para mover un poco los vórtices atascados, apareció únicamente la etapa rápida, porque una inversión tan breve no libera a los vórtices anclados en defectos.

Los dos procesos transcurren en escalas de tiempo separadas por unos tres órdenes de magnitud, alrededor de 1000 veces. Aun así, cuando la corriente de empuje se acercaba a cierto valor, ambos tiempos se alargaban bruscamente en el mismo punto y seguían la misma ley. El número que describe ese alargamiento, llamado exponente crítico, fue de alrededor de 1.3 en ambos casos.

Por qué a los físicos les importa pertenecer a la misma familia

Una transición de fase es un cambio brusco de comportamiento a partir de cierto punto, como cuando el agua se convierte en hielo. Uno de los hechos curiosos de la física es que sistemas totalmente distintos pueden seguir los mismos números cerca de ese punto. Los sistemas que comparten esos números forman lo que los físicos llaman una clase de universalidad.

Las mediciones del atasco, junto con otro exponente, coincidieron con los valores de la clase llamada percolación dirigida en dos dimensiones. Esta clase describe sistemas que caen en un estado en el que pueden entrar pero del que no pueden salir por sí solos, lo que en física se llama un estado absorbente. Un flujo que se ha atascado del todo y se ha detenido es justamente ese tipo de estado.

En teoría, la percolación dirigida es la clase de referencia para las transiciones hacia un estado absorbente, pero durante mucho tiempo se resistió a una prueba experimental clara. En 2007, Kazumasa Takeuchi y Masaki Sano, de la Universidad de Tokio, junto con sus colegas, presentaron lo que describieron como la primera evidencia experimental clara de esta clase, en cristales líquidos que pasaban de un tipo de turbulencia a otro.

El grupo de Science Tokyo también había usado su sistema de vórtices para estudiar otras tres transiciones, y comprobó que todas pertenecen a esta clase. El atasco es ahora la cuarta. La universidad presenta el resultado como una guía unificada para entender muchos tipos de atasco.

Aun así, lo que el equipo puso a prueba fueron vórtices dentro de un superconductor. Este experimento no permite saber si los filtros de café, las tuberías o las multitudes de personas siguen los mismos números.

Ovejas, granos y coloides: la búsqueda mundial de una ley del atasco

En 2014, un equipo internacional dirigido por Iker Zuriguel, de la Universidad de Navarra, en España, comparó ovejas que cruzaban una puerta para llegar a la comida, simulaciones por computadora de peatones saliendo de una sala, granos que salían de silos vibrados y simulaciones de coloides (partículas diminutas suspendidas en un líquido) que pasaban por una abertura estrecha. En todos los casos, el tiempo de espera entre el paso de un cuerpo y el siguiente seguía el mismo tipo de ley estadística. Colocar una sola columna delante de la puerta de las ovejas incluso hizo menos frecuentes las paradas largas.

No todos aceptan que el atasco merezca llamarse transición de fase. En 2015, un equipo de la Universidad de Pensilvania que estudiaba granos saliendo de tolvas sostuvo que no existe un umbral nítido, es decir, un tamaño de orificio a partir del cual el flujo ya nunca se atasca, y que toda tolva conserva alguna probabilidad de taparse. El experimento de Science Tokyo aporta un caso en el que el empuje se fija con precisión mediante una corriente eléctrica, y en el que el punto de cambio y sus exponentes se midieron de verdad.

En 2018, Charles Reichhardt y Cynthia Reichhardt, del Laboratorio Nacional de Los Álamos, en Estados Unidos, simularon partículas empujadas a través de un conjunto aleatorio de obstáculos. Añadir una sacudida periódica, una fuerza alterna, al empuje constante ayudó a deshacer los atascos, y encontraron una frecuencia y una intensidad óptimas para esa sacudida. A octubre de 2026, el siguiente paso del equipo de Science Tokyo es un experimento que sume una fuerza alterna al flujo constante de vórtices. El objetivo es encontrar formas de evitar el atasco en un sistema más realista, en el que el anclaje también interviene.

Si un filtro de café o un desagüe tapado siguen los mismos números que los remolinos de un superconductor es, por ahora, una pregunta abierta. ¿Qué atasco es el que más te saca de quicio en tu casa o en tu ciudad?

Referencias