Agua de 0 a 100.000 °C en menos de un picosegundo
"Para que nuestros ríos lleguen sanos al mar"
El Recurso Hídrico y la Ciencia
Cambiar la temperatura del agua de 0 °C a 100.000 °C en 0,000.000.000.000.075 segundos. Eso es lo que ha logrado el equipo dirigido por el físico Carl Caleman, investigador del Centro para la Ciencia del Láser de Electrones Libres (CFEL, por sus siglas en inglés) y la Universidad de Upsala (Suecia).
Ell primer láser de electrones libres de rayos X del mundo: el Linac Coherent Light Source .Flickr. SLAC National Accelerator Laboratory
Lo han conseguido mediante un potente láser de rayos X que al calentar el agua a semejante velocidad (menos de la décima parte de un picosegundo, medida que equivale a una millonésima de millonésima de segundo) la pasa del estado líquido a un estado exótico que puede permitir a los investigadores desentrañar alguno de los secretos ocultos de este elemento esencial para la vida en la Tierra.
Algo más que hervir
Los científicos emplearon el láser de electrones libres Linac Coherent Light Source (LCLS) del SLAC National Accelerator Laboratory del Departamento de Energía de Estados Unidos. Con este dispositivo, dispararon ráfagas de láser extremadamente intensas y cortas a chorros de agua que se calentaron a una velocidad increíble.
El calentamiento del agua se produce por el movimiento de las moléculas. A más calor, más movimiento. El incremento de temperatura puede conseguirse transfiriendo el calor o moviendo directamente las moléculas adelante y atrás con la ayuda de las microondas. En el caso de este experimento, las cosas son diferentes.
Así lo explica Caleman, que ha publicado el trabajo en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS): “Cuando calientas agua, sus moléculas se agitan con más y más fuerza. Nuestro método es muy diferente. Los rayos X capturan los electrones de las moléculas de agua y alteran así el equilibrio de cargas eléctricas. De repente, los átomos experimentan una fuerza repulsiva y comienzan a moverse violentamente”.
Universidad de Uppsala (Suecia).
Así, en 0,000.000.000.000.075 segundos, el agua pasa por una fase de transición de líquido a plasma (un estado en el que se les han robado los electrones a los átomos), que convierte al agua en una especie de gas cargado eléctricamente. Pero aunque el agua pase de líquido a plasma, aún mantiene la densidad de un líquido, ya que el tiempo transcurrido es tan poco que a los átomos no les ha dado tiempo a moverse lo suficiente.
Lo que queda en ese brevísimo lapso temporal es un estado exótico de la materia que no puede darse de forma natural en la Tierra. Según uno de los autores del trabajo (Olof Jönsson, de la Universidad de Upsala), “tiene características similares a algunos plasmas del Sol y de Júpiter, pero con menor densidad. Y es más caliente que el núcleo terrestre”.
¿Para qué sirve este experimento?
Aunque nos sorprenda, los científicos saben que el agua tiene características anómalas para un líquido, relacionadas con su densidad y su conductividad termal, entre otras cosas.
Como dice Jönsson, “es un líquido extraño. Si no fuera por sus peculiaridades, no habría vida en la Tierra”. Conocerla más a fondo puede aportar información esencial sobre la bioquímica que nos permite existir. Además, el trabajo posee una vertiente práctica: ayudará a afinar la capacidad de los rayos X para el estudio de estructuras atómicas, un objetivo con el que vienen usándose a menudo desde hace años.
Fuente:
ambientum1
Diciembre, 2018