Un reciente estudio ha revelado una nueva fase del hielo, denominada Hielo XXI, abriendo nuevas perspectivas sobre el comportamiento del agua bajo presiones extremas. Este descubrimiento, realizado mediante avanzadas técnicas de cristalografía y física de altas presiones, podría tener implicaciones importantes en la astrofísica y la ciencia de los materiales. A continuación, exploramos los detalles de este fascinante hallazgo.
El Hielo XXI: Un Nuevo Estado del Agua
Investigadores del Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS), en colaboración con el European X-ray Free-Electron Laser (European XFEL) en Alemania, han logrado observar una nueva fase del agua en estado sólido. Este avance se produjo al someter agua a altas presiones a temperatura ambiente, revelando una vía de cristalización previamente desconocida.
¿Cómo se Logró el Descubrimiento?
El equipo utilizó impulsos de láser de rayos X de alta intensidad para estudiar el agua comprimida a más de 2 gigapascales (GPa). Este proceso, realizado en una escala de tiempo de microsegundos, permitió identificar la estructura cristalina del Hielo XXI.
Una introducción a la cristalografía a los rayos X. En utilizando el fenómeno de difracción, ella entrega los secretos del sólido cristalizado, pero no solamente. © The Royal Institution, YouTube
El Rol del European XFEL
El European XFEL fue crucial para este experimento. Sus pulsos de rayos X permitieron capturar imágenes de la muestra cada microsegundo, ofreciendo una visión detallada de la formación de la estructura del hielo. Esta capacidad es comparable a la de una cámara de alta velocidad, esencial para observar procesos tan rápidos.
Video promocional de la inauguración de la línea internacional de haz Helmholtz para campos extremos (HIBEF) en el European XFEL el 31 de agosto de 2021. © European XFEL
La Fascinante Diversidad del Hielo
El agua es una sustancia única con propiedades anómalas. Se expande al congelarse, actúa como un solvente casi universal y es fundamental para la vida. La existencia de múltiples fases del hielo ha sido objeto de estudio durante décadas. El descubrimiento del Hielo XXI añade una nueva pieza a este complejo rompecabezas.
Un Vistazo Histórico a las Fases del Hielo
- Hielo Ih: La forma común del hielo, descubierta a principios del siglo XX.
- Hielo II y III: Descubiertas por Gustav Heinrich Tammann.
- Hielo V, VI y VII: Creadas por el físico P. W. Bridgman.
El diagrama de fase del agua. Describe el estado del agua según la temperatura (expresada en °C o K), y la presión (expresada en Pa o mbar). Existen numerosas fases sólidas diferentes. © Olivier Descout, Wikimedia Commons
Implicaciones Astrofísicas
Una de las aplicaciones más interesantes del descubrimiento del Hielo XXI es su relevancia para la astrofísica. La densidad de esta nueva fase del hielo es comparable a la de las capas de hielo presentes en las lunas heladas de Júpiter y Saturno.
El Hielo XXI en el Espacio
Según Lee Yun-Hee, uno de los autores del estudio, este hallazgo podría proporcionar nuevas pistas para entender los orígenes de la vida en las condiciones extremas del espacio. Conocer las propiedades y el comportamiento del agua bajo estas condiciones es crucial para comprender la formación y evolución de los cuerpos celestes.
Geun Woo Lee, del Instituto coreano de investigación sobre las normas y la ciencia (Kriss), ha revelado fases desconocidas y mecanismos de cristalización en el agua bajo compresión rápida gracias a la célula a enclumes de diamante dinámica (dDAC) y al instrumento de alta densidad de energía (HED). Su equipo y él han estudiado los cambios estructurales del agua a alta densidad (HDW) y rastreado sus vías de transición para diferentes velocidades de compresión. Gracias a las células a enclumes de diamante y al láser European XFEL, que permiten controlar y detectar las velocidades de compresión rápida, se han puesto de manifiesto fases metaestables transitorias, de una duración de vida muy corta. Para obtener una traducción al francés bastante fiel, haz clic en el rectángulo blanco en la parte inferior derecha. Los subtítulos en inglés deberían aparecer entonces. Haz clic a continuación en la tuerca a la derecha del rectángulo, luego en « Subtítulos » y por último en « Traducir automáticamente ». Elige « Francés ». © European XFEL
El Futuro de la Investigación sobre el Hielo
El descubrimiento del Hielo XXI no solo amplía nuestro conocimiento sobre las fases del agua, sino que también abre nuevas vías para la investigación en ciencia de los materiales. Estudiar las transiciones entre diferentes fases del hielo podría llevarnos a descubrir nuevos materiales con propiedades únicas y aplicaciones tecnológicas avanzadas.
