De 300 K a 100.000 en 0,000000000000075 segundos

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Esta imagen está extraída de una simulación del comportamiento del agua durante los 75 femtosegundos del calentamiento del agua hasta 100.000 grados [Carl Caleman, CFEL/DESY y Universidad de Uppsala].

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Pese a la sencillez aparente de su molécula, el agua, observada con atención, resulta sumamente exótica. En un experimento realizado en el Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC, en California, bajo la dirección de Carl Caleman, se ha calentado agua con un láser de rayos X desde la temperatura ambiente hasta 100.000 grados en un tiempo récord, como explican los investigadores en PNAS. Para dar ese salto térmico necesitaron solo 75 femtosegundos (0,000000000000075 segundos), lo que dura el  disparo de pulsos de rayos X sobre la muestra de agua.

«El destello muy energético de rayos X expulsa electrones de la molécula de agua y destruye así el equilibrio de las cargas eléctricas», afirma Caleman en el comunicado de prensa. Por eso, los átomos, de golpe, se repelen unos a otros fuertemente y empiezan a moverse frenéticamente, y el calor es movimiento de partículas. Con su récord mundial, Caleman y su equipo han conseguido en el tiempo más breve un plasma a partir del líquido original (una mezcla de electrones libres e iones cargados eléctricamente). «Al mismo tiempo, el plasma posee la densidad original del agua líquida, ya que los átomos no pudieron en ese lapso de tiempo llegar a separarse los unos de los otros», explica.

Este estado exótico solo se puede lograr en la Tierra artificialmente. «Muestra, sin embargo, similitudes con ciertos estado del plasma en el Sol o en Júpiter, aunque con densidades más modestas. También la temperatura es más alta que en el núcleo de la Tierra», dice Olof Jönsson, uno de los coautores del artículo. La creación de este plasma se inscribe en los intentos por entender mejor las muchas anomalías del agua; por ejemplo, la singular anomalía de la densidad del agua o las variaciones de la conductividad del calor con la presión y la temperatura.

Daniel Lingenhöhl / spektrum de

Artículo traducido y adaptado por Investigación y Ciencia con permiso de Spektrum der Wissenschaften.

Referencia: «Ultrafast non-thermal heating of water initiated by an X-ray Free-Electron Laser», de Kenneth R. Beyerlein et al. en PNAS, 2018.

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