El 20 de julio de 2015, Gary Pearlman y un pequeño grupo de entusiastas se reunieron en un parque en Cleveland (EE. UU.) para intentar conseguir un récord mundial. El objetivo: crear la pompa de jabón flotante más grande de la historia.

Las herramientas de Pearlman eran un par de cañas de pescar con una cuerda atada entre ellas. Hundió la cuerda en una mezcla especial de agua, jabón y aditivos de polímeros, y la levantó en el aire creando una delgada lámina de película de jabón. Cuando Pearlman agitó las cañas, el movimiento del aire estiró y extendió la película, formando una pompa gigante.

Mientras, distintos observadores fotografiaron la burbuja desde varios ángulos para poder calcular su volumen. Resultó tener 96,27 metros cúbicos, la más grande jamás medida. Ese día, Pearlman consiguió su lugar en el Libro Guinness de los Récords.

En el panteón de los logros científicos, la ciencia para crear pompas de jabón gigantes está lamentablemente subestimada. A pesar de eso, plantea una serie de rompecabezas que llevan años fascinando al investigador de la Universidad Emory en Atlanta (EE. UU.) Stephen Frazier y a sus colegas.

El equipo explica que una burbuja se compone de una película frágil de unos pocos micrómetros de espesor. Pero, el récord de Pearlman debió haber tenido una superficie de más de 100 metros cuadrados. Un solo agujero puede hacer que la pompa explote. "¿Cómo es posible crear las películas tan grandes y mantenerlas estables?", se preguntan Frazier y sus compañeros.

Para averiguarlo, han estudiado las propiedades de las películas de jabón y cómo cambian cuando se agregan polímeros de diferentes tipos. Los resultados proporcionan una visión única de la ciencia de la formación de las pompas y las condiciones atmosféricas más favorables para intentar lograr otro récord mundial.

Primero algunos antecedentes. Los aficionados a las pompas de jabón llevan mucho tiempo discutiendo cuál es la mejor mezcla para su arte. "Para los interesados en hacer pompas gigantes, el Wiki de Soap Bubble contiene una gran cantidad de información empírica y recetas para soluciones óptimas de las burbujas", afirma Frazier.

La opinión general es que las mejores mezclas de burbujas contienen agua, un detergente líquido como el lavavajillas (Dawn Pro parece ser el favorito) y una mezcla de polímeros, moléculas de cadena larga que aumentan la viscosidad del líquido. Los polímeros preferidos son el óxido de polietileno (también llamado polietilenglicol), que se suele utilizar en cremas para la piel, y la goma guar, un espesante alimentario común extraído de las semillas guar.

Los polímeros son clave. La Wiki de Soap Bubble afirma que es casi imposible crear pompas gigantes sin ellos. Pero no se sabe exactamente lo que hacen. "El papel preciso de los polímeros es un tanto misterioso", asegura la investigación.

Así que Frazier y sus compañeros han estudiado algunas de las propiedades que los polímeros aportan a las mezclas de burbujas. Su artículo detalla: "Identificamos algunos de los mecanismos físicos subyacentes que dan lugar a las pompas gigantes". Su método es sencillo. El equipo creó una serie de mezclas hechas de agua, Dawn Pro y varias concentraciones de goma guar u óxido de polietileno. Después, estudiaron las propiedades de los fluidos resultantes de dos maneras diferentes.

Primero, realizaron una prueba de goteo en la que se forma una gota y luego se cae desde una pipeta, y grabaron el proceso con una cámara de alta velocidad. Querían estudiar cómo, en el momento en el que cae una gota, se forma un hilo entre la gota y la pipeta.

También crearon una lámina de película con una cuerda sumergida en el líquido. Utilizaron un sensor infrarrojo para medir el grosor de esta película, cómo cambiaba la lámina antes de estallar y cómo los polímeros pueden alargar la vida útil.

Los resultados son muy interesantes. Las soluciones de fabricación de burbujas más robustas son aquellas que permiten que el hilo de conexión se estire continuamente sin romperse. Es fácil imaginar que la mejor manera de hacerlo es agregar polímeros con cadenas más largas en concentraciones mayores. Pero Frazier y su equipo aseguran que los resultados no respaldan este enfoque. "Las soluciones más robustas para hacer pompas tienen concentraciones intermedias y una mezcla de polímeros de varios pesos moleculares, lo que permite que un gran volumen de líquido se aspire continuamente en una película sin romperse", detalla la investigación.

Para demostrarlo, añadieron óxido de polietileno que se había degradado a propósito bajo la luz solar durante seis meses. En el proceso, la luz solar habría descompuesto las moléculas en cadenas más cortas, creando una mezcla de varias longitudes. Esto permite crear la solución más fuerte.

Pero los investigadores sin saber exactamente por qué funciona así. Frazier y su equipo suponen que las cadenas más cortas actúan como enlaces entre los polímeros más largos y más grandes. La investigación detalla: "Hasta donde sabemos, no se han encontrado pruebas de este comportamiento en los trabajos anteriores, y se deja para los futuros estudios centrados en la reología extensional".

La investigación también arroja algo de luz sobre las condiciones atmosféricas más adecuadas para crear pompas gigantes. Un factor clave es la duración de la película jabonosa: las de mayor duración permiten burbujas más grandes. Los aditivos de polímeros aumentan la vida útil de la película, pero nadie sabe con seguridad el por qué. Una posibilidad es que influyen en que las películas sean más gruesas. Otra es que los polímeros evitan que el agua se drene de la película y, por lo tanto, extienden su vida útil.

Frazier y sus compañeros ofrecen alguna respuesta a este enigma. Aseguran que un factor clave para fortalecer la película reside en la concentración de polímero dentro de ella, y esto aumenta a medida que se elimina el agua. Sin embargo, si se elimina demasiada agua, la película se vuelve muy delgada y se rompe. Por lo tanto, es necesario un cuidadoso equilibrio.

Hay dos factores pueden eliminar el agua. El primero es la gravedad, que drena el agua de la película jabonosa. El segundo es la evaporación, que es importante debido a la gran superficie de la película. Frazier y su grupo afirman que aumentar la humedad en los experimentos también aumenta la vida útil de la burbuja. Esto sugiere que hay que minimizar la evaporación para evitar que la película sea demasiado delgada. "No es de extrañar que muchos aficionados de las pompas prefieran los días cálidos y húmedos de verano para hacer las burbujas más grandes", subrayan.

Es un trabajo interesante que arroja nueva luz sobre la física de las películas delgadas. También revela un efecto previamente desconocido de cómo los polímeros de diferentes longitudes interactúan para aumentar la resistencia de una película. Ese es un efecto que es necesario estudiar con más detalle. También es un trabajo que Gary Pearlman encontrará útil si intenta batir su récord mundial en el futuro.

Ref: arxiv.org/abs/1908.00537: How to Make a Giant Bubble