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Ciencia de los
Materiales
Hielo Fabricado en Nanosegundos por la
Máquina Z
17 de
Abril de 2007.
 La
enorme máquina Z, que genera temperaturas más calientes que el Sol, ha
convertido el agua en hielo en sólo unos nanosegundos. Sin embargo, no
espere de este hielo ninguna aplicación comercial convencional: está más
caliente que el punto de ebullición del agua.
Las tres fases del agua que conocemos en nuestra vida cotidiana, el frío
hielo, el líquido a temperatura ambiente y el caliente vapor, realmente
son sólo una pequeña parte del repertorio de los estados del agua. Al
comprimirla, habitualmente se calienta. Pero bajo extrema compresión, es
más fácil para el agua densa entrar en su fase sólida (hielo) que
mientras permanece en su fase líquida con mayor energía (agua simple).
En el experimento con la máquina Z en el SNL (Laboratorios Nacionales de
Sandia), el volumen del agua se comprimió abrupta y discontinuamente. Se
podría preguntar por qué este hielo se comprimió en lugar de expandirse,
dada la experiencia común de que el agua helada se expande y hasta rompe
una botella llena puesta en un congelador. La respuesta es que sólo el
hielo "ordinario", al congelarse el agua, se expande. Hay por lo menos
otras once formas conocidas de hielo que se producen bajo diversas
temperaturas y presiones.
Este trabajo es un estudio de ciencia básica que ayuda a conocer mejor
el comportamiento de los materiales sometidos a condiciones extremas.
Pero potencialmente puede tener valor práctico. El trabajo fue
emprendido en parte porque los diagramas de fase que predicen el estado
del agua bajo diferentes temperaturas y presiones, no siempre son
correctos. Por ejemplo, un estudio usando la máquina Z demostró hace
algunos meses que las ideas de los astrónomos sobre el estado del agua
en el planeta Neptuno probablemente eran incorrectas.
Un resultado imprevisto del nuevo experimento fue la rápida
solidificación del agua. El proceso de congelación, como se observa
habitualmente, requiere bastantes segundos en el mejor de los casos.
La explicación a tan veloz solidificación parece ser que la rápida
compresión produce una congelación también muy rápida. Muestras de agua
se comprimieron a presiones de entre 50.000 y 120.000 atmósferas en
menos de 100 nanosegundos. Bajo presiones de este orden, el agua parece
transformarse en hielo VII, una fase del agua descubierta en la década
de 1930 por Percy Bridgman, galardonado con un Premio Nobel. El agua
comprimida parece solidificarse en hielo en unos nanosegundos.
Por lo visto, es casi imposible impedir que el agua se hiele a presiones
más allá de 70.000 atmósferas.
Para estas pruebas, la máquina Z creó las condiciones apropiadas por
compresión magnética, usando para ello veinte millones de amperios de
electricidad.
Información adicional en:
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