martes, 3 de mayo de 2016

Descubierto extraño cuarto estado del agua

extraño cuarto estado del agua

Todos sabemos desde la escuela que el agua puede tener tres estados de la materia: sólido, líquido y gas. Pero los científicos del Laboratorio Nacional de Oak Ridge, (ORNL) han descubierto que cuando se pone bajo presión extrema en espacios pequeños, el agua puede exhibir un cuarto estado extraño conocido como tunelización.
El nuevo estado fue encontrado en canales ultra pequeños de seis caras en el mineral berilo, que forma la base para las gemas aguamarina y esmeralda. Los canales miden sólo unos cinco átomos de diámetro y funcionan básicamente como jaulas que pueden atrapar cada una una molécula de agua. Lo que los investigadores encontraron fue que en este espacio muy estrecho, la molécula de agua exhibe una característica que por lo general sólo se ve en los niveles cuánticos mucho más pequeños, conocida como efecto túnel. 

Básicamente, la tunelización cuántica significa que una partícula, o en este caso una molécula, puede superar una barrera y estar en ambos lados de la misma a la vez - o en cualquier lugar entre los dos lados. Este efecto podemos visualizarlo como en hacer rodar una pelota por un lado de una colina y hacia arriba en otra. La segunda colina es la barrera y la bola sólo tendría suficiente energía para subir a la altura desde la que se dejó caer en un principio. Si la segunda colina fuera más alta, la pelota no sería capaz de rodar sobre ella. Esta es la física clásica. La física cuántica y el concepto de efecto túnel indican que la pelota podría saltar al otro lado de la colina con facilidad o incluso encontrarse dentro de la colina - o en ambos lados de la colina a la vez.

"En la física clásica un átomo no puede saltar sobre una barrera si no tiene suficiente energía para esto", de acuerdo al científico del ORNL Alexander Kolesnikov - Kolesnikov es el autor principal de un artículo que detalla el descubrimiento publicado en la edición del 22 de abril de la revista Physical Review Letters. Pero en el caso del agua atrapada en berilo que su equipo estudió, las moléculas de agua actuaron de acuerdo con las leyes de la física cuántica - no clásica.

"Esto significa que los átomos de oxígeno e hidrógeno de la molécula de agua están "deslocalizados" y por lo tanto presentes simultáneamente en las seis posiciones simétricamente equivalentes en el canal al mismo tiempo", dijo Kolesnikov. "Es uno de esos fenómenos que sólo se producen en la mecánica cuántica y no tiene paralelo en nuestra experiencia cotidiana".

Mediante el uso de experimentos de dispersión de neutrones, los investigadores fueron capaces de ver que las moléculas de agua se extendían en dos anillos corrugados, uno dentro del otro. En el centro del anillo, el átomo de hidrógeno, que es un tercio de la molécula de agua, tomó seis orientaciones diferentes a la vez. "La tunelización entre estas orientaciones significa que el átomo de hidrógeno no se encuentra en una posición, sino más bien difuminado en una forma de anillo".

"Este descubrimiento representa una nueva comprensión fundamental del comportamiento del agua y la forma en que el agua utiliza la energía", dijo el coautor del ORNL Lawrence Anovitz. "También es interesante pensar que esas moléculas de agua en su anillo de aguamarina o esmeralda - variedades azules y verdes de berilo - están sometidos al mismo túnel cuántico que hemos visto en nuestros experimentos".

Debido a que el equipo del ORNL descubrió esta nueva característica de agua, pero no exactamente por qué y cómo funciona, Anovitz también dice que el hallazgo ocasionará que muchos científicos comiencen a trabajar para descubrir el mecanismo que conduce al fenómeno.

Kolesnikov añade que el descubrimiento podría tener implicaciones para estudiar fenómenos en sitios donde el agua se encuentra en espacios muy reducidos, como en las membranas celulares o dentro de los nanotubos de carbono.



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