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Una forma de agua extraña podría existir en todo el universo

Hace poco, un laboratorio de Nueva York especializado en láser energético que cuenta con quizá el más potente en el mundo, llevó a cabo un experimento con una gota de agua. Esta fue disparada a tal velocidad, que la presión de la misma aumentó a niveles nunca antes vistos gracias la onda de choque generada. Con su presión elevada a millones de atmósferas, y miles de grados de temperatura más caliente, pudimos echarle un vistazo con rayos X al preciado líquido en tan extremas condiciones.

¿Qué ocurrió con el agua?

Al parecer, el agua se congeló en el disparo en vez de convertirse en un gas o líquido sobrecalentado. Sus átomos optaron por volverse una forma cristalina de hielo.

Gracias a los resultados, hemos podido confirmar que existe un estado del agua diferente a los que comúnmente conocemos; líquida, gaseosa o sólida. Al exponer al agua a dicha velocidad, la encontramos esta vez cómo «hielo superiónico». Este tipo de hielo es diferente al hielo común principalmente porque es más bien caliente, además de ser color negro. No solo eso; el hielo superiónico pesa 4 veces más que el común, y se cree que el espacio exterior podría tener más agua en esta forma de lo que pensamos.

Al menos en nuestro sistema solar se sospecha que Neptuno y Urano estén llenos de hielo superiónico, incluso más que en cualquiera de sus otros estados. Este estudio nos puede ayudar a resolver los misterios de los planetas «gigantes de hielo».

Composición del hielo superiónico

Este hielo tiene una composición atómica muy extraña que se debe estudiar más a fondo. Todo tipo de hielo se conforma de átomos intactos de agua. Cada átomo de agua con su átomo de oxígeno, el cuál tiene a su vez dos átomos de hidrógeno unidos a él. Sin embargo, el hielo superiónico es diferente; tiene una composición casi surrealista que es sólida y líquida al mismo tiempo. Sus átomos de oxígeno se agrupan en una red con forma cúbica mientras que los de hidrógeno fluyen libres en forma líquida entre la jaula rígida que forman los oxígenos.

Descubrir la manera de generar este tipo de hielo implica mejoras a futuro en diversas áreas de producción de materiales. Crear las condiciones necesarias para encontrar el agua en este estado requirió de un preciso control de las mediciones en el experimento. Tanto es así, que hasta hace sólo 5 años dicha prueba hubiese sido simplemente imposible de realizar.

Puzzles de hielo

Durante décadas los físicos han tratado de lograr encontrar el agua en este estado, que fue descrito por primera vez en 1988, mediante un simulacro hecho con una computadora de tecnología primitiva. El estudio fue realizado por Pierfranco Demontis, quién predijo que el agua al llegar niveles extremos alcanzaría un estado casi metálico.

El calor y la presión extremos hace que las moléculas de agua se rompan. Al agruparse los átomos de oxígeno en forma de red cúbica, los de hidrógeno empiezan a saltar de una determinada posición en el cristal hacia otra. Este proceso se repite tanto que los mismos se ionizan, se vuelven protones de carga positiva, y dan la ilusión de liquidez.

Dicha afirmación implicaba la conducción de electricidad del hielo superiónico, cómo si fuese un tipo de metal. Aquí, el papel de los electrones sería desempeñado por los hidrógenos. Y no solo esto, el hielo también, sería más propenso a sufrir de un aumento de entropía. Esto quiere decir que es notablemente más estable que el resto de cristales de hielo, ya que su punto de fusión aumenta.

Así que ¿por qué no se ha descubierto hasta ahora?

Sin embargo, asumir dichas teorías era más fácil que comprobarlas, ya que los primeros modelos fueron desarrollados con métodos muy simples. Luego, se llevaron a cabo más simulaciones que se basaron en aspectos cuánticos más confiables, aunque seguían siendo demasiado complejas para ser resueltas completamente por computadora; solo eran aproximaciones.

Para el momento en el que la fase se fue descrita por primera vez en base a predicciones, el Voyager 2, una sonda que viajó al sistema solar, encontró información importante sobre Neptuno y Urano.

A diferencia del resto de los planetas, que presentan un par de definidos polos magnéticos; norte y sur, Urano y Neptuno tienen campos magnéticos más gruesos y complejos con varios polos (más de 2). En el pasado se pensó que dichas condiciones podrían darse gracias a un cierto tipo de núcleo sólido en ambos planetas, aunque era poco realista que esto pudiera ser correcto. No obstante, el descubrimiento del hielo superiónico podría hacer de esta idea menos ilógica.

El presente

Hace apenas más de un año, dos científicos y su equipo encontraron evidencia que justificaría la existencia del hielo superiónico, exprimiendo una gota de agua estando a temperatura ambiente entre dos puntiagudos extremos de un par de diamantes cortados, y al incrementar la presión se encontraron gradualmente con distintos tipos de hielo, pero al combinar una gran presión con el disparo del láser OMEGA del Laboratorio de Láser Energético, el diamante voló en dirección opuesta a la vez que una onda de choque recorrió el hielo, el cuál se derritió a 4.700 grados Celsius, cómo se esperaría del hielo superiónico. También condujo electricidad debido a que los protones cargados se encontraban en estado de constante movimiento.

Luego de esto, determinaron que sería prudente la utilización de rayos X para el experimento, lo cuál permitió estudiar y entender las características del estado que resultó del mismo.

Según los físicos, tal  vez muchos planetas de nuestro sistema solar no tengan las características adecuadas para encontrar hielo superiónico, pero una gran cantidad de exoplanetas sí que podrían albergar dicha sustancia gracias a sus condiciones heladas. Sin duda este estudio es un avance sin precedentes en el estudio de otros materiales que podríamos encontrar en tan extraño estado superiónico.

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