Prueban la existencia del 'hielo superiónico': líquido y sólido a la vez

Estamos ante un estado realmente extraño de la materia. ¿Cómo lo han conseguido?

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Al fin tenemos evidencia experimental para la conducción superiónica en hielo de agua, verificando una predicción hecha en 1946 por el científico Percy Bridgman.

 

Un equipo de físicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore de California (EE. UU.) cree haber descubierto finalmente un tipo de hielo de agua totalmente nuevo llamado hielo superiónico, agua que a la vez es sólida y líquida, lo que nos puede enseñar mucho más sobre esta sustancia tan versátil y conducir al desarrollo de nuevos materiales.

La idea del hielo superiónico ha existido durante varias décadas y se cree que existe dentro de los mantos de planetas como Urano y Neptuno, pero
nadie había logrado demostrar su existencia en un experimento. Hasta ahora.

Los investigadores fueron capaces de producir agua superiónica a partir de un tipo de hielo de alta presión y una serie de potentes pulsos de láser. Esa combinación proporcionó tipos de temperaturas y presiones que no obtenemos naturalmente aquí en la Tierra, dándonos nuestra primera visión real de esta misteriosa agua.

 

"Estos son experimentos muy desafiantes, así que fue realmente emocionante ver que podíamos aprender mucho de los datos. Pasamos cerca de dos años haciendo las mediciones y dos años más desarrollando los métodos para analizar los datos", comenta Marius Millot, coautor del trabajo que publica Nature Physics.

Las moléculas de agua están hechas de dos átomos de hidrógeno conectados a un átomo de oxígeno en forma de V. Las fuerzas débiles entre las moléculas se vuelven más obvias a medida que se enfrían, haciendo que se separen cuando el agua se congela.
En el agua superiónica, el calor intenso rompe los enlaces entre los átomos de una molécula de agua, dejando una estructura cristalina sólida de átomos de oxígeno y un flujo de núcleos o iones de hidrógeno entre ellos, creando un sólido y un líquido al mismo tiempo.

 

El experimento



Para empezar, los científicos crearon un tipo especial de hielo llamado h
ielo VII, un hielo de estructura cúbica que se produce a alta temperatura y presión y que permanece sólido a temperatura ambiente.

En un laboratorio separado, las ondas de choque láser que duraban entre 10 y 20 mil millonésimas de segundo fueron enviadas a través del hielo, dando como resultado condiciones lo suficientemente extremas para generar agua superiónica. La precompresión inicial del hielo permitió a los investigadores empujar el hielo a temperaturas muy altas antes de que todo se vaporizara.

 

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Al capturar la apariencia óptica del hielo, los científicos pudieron determinar que los iones en lugar de los electrones se estaban moviendo en el material debido a su aspecto opaco en lugar de brillante.

Ahora sabemos que el hielo superiónico realmente existe y podría ayudar a explicar los campos magnéticos más bien descentrados de Urano y Neptuno, una discrepancia que los científicos han reducido a las capas de hielo superiónico dentro de sus mantos.

También es otro valioso ejemplo de cómo las moléculas actúan bajo condiciones extremas de temperatura y presión y,
en el futuro, podríamos incluso diseñar nuevos materiales con propiedades específicas al poder manipular cómo reaccionan las moléculas.

Se trata, sin duda, de un punto de inflexión en física.

 

Referencia: Experimental evidence for superionic water ice using shock compression. Nature Physics (2018) doi:10.1038/s41567-017-0017-4

 

Crédito imagen: S. Hamel/M. Millot/J.Wickboldt/LLNL/NI

 

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Visualización de hielo superiónico

 

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