Los misterios de la neblina blanca de la superficie del café

Físicos japoneses por fin han empezado a desentrañar uno de los más importantes enigmas cósmicos

Si alguna vez disfrutas de una taza de café negro por la mañana, te habrás dado cuenta de que la superficie del líquido a menudo aparece cubierta por una tenue membrana blanca que casi parece estar pegada a la superficie. Esta membrana ondea con cualquier brisa que pasa y a veces se rompe, agrietándose, y deja fracturas curiosas.

Esta membrana es una especie de misterio. Parece que fue identificada por primera vez en la década de 1920 por el físico japonés Torahiko Terada, que se percató de un fenómeno similar en la superficie del té caliente. En la década de 1970, el químico estadounidense Vicente Schaefer habló del efecto, con la hipótesis de que la membrana blanca está hecha de pequeñas gotas de agua, posiblemente suspendidas por encima de la superficie por una carga eléctrica. También sugirió que las gotitas pueden levitar como resultado del flujo de agua evaporada de la superficie.

A pesar de este interés histórico, la verdadera naturaleza de esta niebla blanca nunca se ha entendido del todo. Es por eso que el trabajo actual de Takahiro Umeki en la Universidad de Kyoto en Japón y algunos compañeros suyos resulta tan emocionante para los amantes del café. Estos chicos han llevado a cabo el primer estudio moderno sobre la niebla blanca y han descubierto por qué aparecen grietas repentinas en su tejido.

Umeki y cía comienzan señalando que la niebla blanca no es un fenómeno que se limita al té y el café, sino que se produce sobre la superficie del agua caliente en general. Para estudiarlo en detalle, montaron un recipiente transparente de agua caliente a unos 50 grados centígrados y colocaron una cámara debajo, en lugar de en la parte superior para evitar que la lente se empañe. A continuación grabaron la niebla de la superficie.

Resulta que la niebla está, efectivamente, formada por pequeñas gotas de agua, cada uno con un radio de alrededor de 10 micrómetros. Las gotitas flotan entre 10 y 100 micrómetros por encima de la superficie y forman una celosía triangular cuando se juntan formando una neblina. Curiosamente, las gotas tienden a caer desde arriba a la superficie del agua, presuntamente habiéndose condensado en el aire fresco de por encima, como la lluvia.

Los vídeos también muestran otro fenómeno desconcertante. De vez en cuando, las gotas de una región específica desaparecen tan rápidamente que este proceso se produce entre dos fotogramas consecutivos de una cámara ordinaria de 30 fotogramas por segundo. Son estos desvanecimientos los que crean las «grietas» características de la membrana de niebla del café caliente.

Para saber más acerca de este proceso, Umeki y cía utilizaron una cámara de 8.000 fotogramas por segundo con velocidades de obturación de 1/16000 segundos. Esto muestra que el desvanecimiento se propaga a través de la superficie a una velocidad de alrededor de un metro por segundo. También se acompaña por una ola que se mueve por la superficie debajo de la niebla.

Toda esta evidencia en video plantea una serie de preguntas desconcertantes. En primer lugar, ¿cuál es la fuerza que hace que las gotas leviten? Umeki y cía concluyen que las gotas probablemente tienen carga porque forman una celosía triangular en regiones densamente pobladas, lo que sugiere que se repelen entre sí. Es bien conocido que las partículas pequeñas pueden cargarse fácilmente.

Que esto cree una fuerza electrostática responsable de la levitación está menos claro. Esta fuerza debería depender de la situación eléctrica de la superficie del agua, que a su vez debería estar influenciado por impurezas en el agua tales como la sal. Pero la evidencia recogida por Umeki y cía dice que el fenómeno de la niebla es insensible a variaciones en la temperatura del agua, humedad y pureza.

Igual de enigmática es la posibilidad de que las gotas podrían levitar por el flujo que se evapora de la superficie del agua, ya que esto también debería estar influenciado por factores tales como la temperatura y la humedad. Por el momento, la naturaleza de la fuerza de levitación es un misterio.

Umeki y cía han tenido mejor suerte para determinar la causa de los desvanecimientos. Una pista es que se propagan a la misma velocidad que las ondas capilares en la superficie del agua. Sostienen que esto sugiere que las gotitas están siendo inundadas por una onda inferior que se mueve por de la superficie.

Sus cálculos muestran que el pico de una onda sería lo suficientemente alto como para atrapar las gotas a medida que se mueve y también podría ser impulsado por la entrada de energía de las gotas atrapadas.

De hecho, los videos sugieren que los desvanecimientos pueden ser provocados por la interacción entre una sola gota en la superficie del agua que crea una onda que se propaga.

Sin embargo, otro misterio es por qué una sola gota se desvanecería en primer lugar. Una idea que Umeki y cía formulan es que un rayo cósmico que golpea la gota podría cambiar su carga eléctrica provocando que choque con la superficie. Pero una vez más se trata de una idea que va a necesitar más trabajo para ser confirmada.

Umeki y cía no tienen ninguna pretensión de encontrar aplicaciones tecnológicas para su trabajo. Simplemente señalan lo extraordinario que es que una taza de infusión caliente pueda ser la fuente de tales fenómenos desconcertantes. «Muy pocas personas parecen haber imaginado que tales fenómenos fascinantes sucedan en una taza», dicen.

Quizás resulten importantes aplicaciones del estudio de la niebla blanca de la superficie del café. Si algún lector puede ayudar, por favor, haz tus sugerencias aquí, tras disfrutar de tu inyección matutina de cafeína.

Ref: arxiv.org/abs/1501.00523 : Dinámica de microgotas sobre la superficie de agua caliente

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