Vyacheslav (Slava) Lukin es director del Programa de Física del Plasma de la National Science Foundation (NSF) en Estados Unidos. Su investigación se centra en la comprensión de la denominada reconexión magnética, un complejo fenómeno físico que desencadena las auroras boreales, las fulguraciones solares, las eyecciones de masa coronal o los estallidos de rayos gamma cósmicos. Se trata de un proceso universal que tiene lugar cuando las líneas de un campo magnético incrustadas en un plasma -gas caliente cargado eléctricamente- convergen y se reordenan, liberando una cantidad asombrosa de energía. Entender más sobre esta reconexión y sobre el comportamiento del plasma podría significar importantes avances en el pronóstico del clima espacial o en el desarrollo de fuentes de energía de fusión.

Pero estudiar la enmarañada dinámica de los plasmas magnetizados no es tarea fácil; requiere, sobre todo, exploración numérica y el desarrollo de modelos teóricos y computacionales muy precisos, ámbito en el que Lukin es uno de los mayores expertos mundiales. La aplicación de estos modelados en el entorno astrofísico, especialmente en la Física Solar, ha centrado gran parte del trabajo desarrollado por el investigador durante su visita al Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) en el marco del Programa de Visitantes Fundación Jesús Serra, iniciativa que promueve estancias de investigadores de gran prestigio internacional.

Pregunta: Una de tus áreas de estudio principales es la reconexión magnética. En pocas palabras y de manera sencilla, ¿en qué consiste este fenómeno? ¿Por qué es importante comprender este aspecto de la física del plasma?

Respuesta: La reconexión magnética es un proceso fundamental en los plasmas magnetizados que permite que las líneas de campo magnético enredadas en un plasma se desenreden. Este proceso libera la energía almacenada en el campo magnético enredado y puede calentar el plasma, acelerar algunas partículas a velocidades muy altas y generar destellos de luz muy brillantes, como en las erupciones solares y estelares. La mayoría de los plasmas de los sistemas astrofísicos, incluido nuestro Sol, están magnetizados con flujos de plasma turbulentos y en constante evolución que enredan continuamente su campo magnético. Entender cómo se desenreda el campo, dando lugar a fenómenos como el ciclo solar de 22 años, es fundamental para comprender la física de las estrellas. Conocer la reconexión magnética también es importante para muchas aplicaciones prácticas, como la predicción del clima espacial y el diseño de futuros reactores de energía de fusión.

P: ¿Qué papel juega la física computacional en el estudio de estos fenómenos magnéticos?

R: La física computacional ha ido ocupando gradualmente un papel cada vez más destacado en toda la Física y es especialmente crucial para entender procesos no lineales complejos en los que los enfoques teóricos analíticos de "lápiz y papel" tienen graves limitaciones. La física del plasma es un estudio de las interacciones colectivas entre muchas partículas a través de las fuerzas electromagnéticas y, como tal, trata fundamentalmente de estudiar y predecir el comportamiento no lineal de un sistema dinámico complejo. Como campo, la física de los plasmas se ha beneficiado enormemente de las fronteras de la física computacional y, a menudo, las ha superado.

P: El fenómeno de reconexión magnética juega un importante papel en la actividad del Sol. Precisamente, los Observatorios de Canarias tienen una de las baterías de telescopios solares más importantes del mundo. ¿De qué manera se complementa el trabajo teórico y los modelos computacionales con la observación astrofísica?

R: Las observaciones solares sin modelos teóricos y computacionales son como un coche sin ruedas; y los modelos computacionales sin observaciones son como ruedas de coche sin coche. La complejidad e interdependencia de los procesos físicos en el Sol requieren modelos computacionales del plasma para interpretar las observaciones y avanzar en nuestra comprensión de la estrella anfitriona. Por otro lado, la modelización computacional del Sol sin validación observacional puede producir modelos que se alejan rápidamente de la realidad. Por tanto, ambos aspectos no sólo pueden, sino que deben complementarse.

P: ¿Qué aspectos quedan aún por comprender de la física del plasma?

R: La física del plasma es un campo muy amplio, con muchas preguntas abiertas en muchos de sus subcampos. Además de la reconexión magnética, una de las preguntas que encuentro especialmente fascinante es qué sucede cuando un campo eléctrico, en un volumen determinado del espacio, se vuelve tan alto como para producir pares electrón-positrón fuera del vacío. Las interacciones resultantes entre fotones, electrones y positrones de alta energía desafían no sólo la física del plasma conocida, sino también las fronteras de la física cuántica y óptica. Se cree que las condiciones plasmáticas extremas en las que estos campos eléctricos pueden desarrollarse de forma autoconsistente existen en las atmósferas de los agujeros negros supermasivos y pronto podremos reproducirlas en un laboratorio utilizando la próxima generación de láseres de alta intensidad.

P: Llevas especializándote en este campo de la física, prácticamente, desde que iniciaste tus estudios en la Universidad. ¿Por qué te apasiona esta especialidad?

R: La física del plasma me parece fascinante porque trata fundamentalmente de aprender verdades sencillas a partir de la observación y comprensión del comportamiento complejo de multitud de actores que interactúan. Es el análogo de primeros principios más sencillo que conozco de cómo nuestra sociedad intenta autoorganizarse y funcionar. Es un campo científico poco frecuente en el que se puede, casi al mismo tiempo, explorar las maravillas del Universo, en cuanto a cómo las estrellas y los planetas llegaron a ser como son, y trabajar para ayudar a resolver retos sociales urgentes como la producción de energía limpia.

P: ¿Cómo valoras tu estancia en el IAC gracias al Programa de Visitantes de la Fundación Jesús Serra?

R: Mi estancia en el IAC, apoyada por el Programa de Visitantes de la Fundación Jesús Serra, ha sido tremendamente productiva en colaboración con el grupo de investigación de la Dra. Elena Khomenko, así como con la antigua alumna de la Dra. Khomenko, la Dra. Beatrice Popescu, que visitó el IAC al mismo tiempo. La interacción en persona nos permitió concentrarnos en la redacción y finalización de un trabajo de investigación sobre "La amplificación del campo magnético y la formación de estructuras por la inestabilidad de Rayleigh-Taylor" que está actualmente en revisión y que debería tener un impacto significativo en el campo.