Científicos crean diamantes con botellas plásticas y los usan para estudiar gigantes gaseosos

Química

Un equipo de investigadores internacionales realizó un experimento para recrear las condiciones que se encuentran en el interior profundo de los planetas Urano y Neptuno. Ambos planetas están hechos principalmente de rocas heladas y moléculas formadoras de hielo, por eso también se los conoce como gigantes helados. Durante el experimento, los investigadores descubrieron una técnica para producir nanodiamantes reales a partir de botellas de plástico PET ordinarias y demostraron que los entornos internos de los gigantes helados dan origen a los diamantes.

El PET o (tereftalato de polietileno) es un polímero que se usa para producir artículos de plástico de uso común, como loncheras, botellas de agua, empaques de productos, etc. No es exactamente lo que esperarías encontrar en los interiores profundos de Urano y Neptuno, que son dominado por una mezcla compleja de elementos ligeros, como hidrógeno, carbono y oxígeno en condiciones extremas de presión y temperatura, pero es un reemplazo químico decente ya que contiene oxígeno, hidrógeno y carbono en proporciones adecuadas. Además, el PET es barato y está disponible.

Entonces, los investigadores encontraron que las botellas de plástico PET eran una gran herramienta para imitar la composición de los gigantes helados en el laboratorio, y se pusieron a experimentar. Llevaron a cabo un experimento que fue realizado conjuntamente por equipos de la escuela de ingeniería École Polytechnique con sede en Francia, el laboratorio Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) de Alemania y la Universidad de Rostock.

La técnica que convierte el plástico PET en nanodiamantes
Urano y Neptuno son los planetas más fríos de nuestro sistema solar, la temperatura de la superficie de estos planetas podría bajar hasta -225°C). También se cree que la presión atmosférica en el interior profundo de los gigantes helados es un millón de veces mayor que la presión en la Tierra. Para imitar las condiciones del interior profundo de los planetas, los investigadores dispararon un potente láser de rayos X llamado Linac Coherent Light Source (LCLS) a una pieza de PET.

Los nanodiamantes se producen después de que los destellos del láser golpean la botella de plástico. Créditos de imagen: HZDR / Blaurock.

El láser disparó diez destellos por segundo e instantáneamente calentó el material plástico hasta una temperatura de 6000°C). Aunque los planetas son fríos por fuera, son calientes por dentro y sus núcleos alcanzan esta temperatura. Cuando el láser golpeó la botella de plástico, también se produjo una onda de choque, comprimiendo el plástico a una presión equivalente a la que se encuentra en Urano y Neptuno. El proceso resultó en la explosión de diamantes de la película de plástico a un tanque de agua cercano.

Los científicos emplearon el método de difracción de rayos X (una técnica que involucra el uso de rayos X para estudiar cristales a niveles atómicos y moleculares) para determinar la formación de diamantes. Los diamantes medían entre 2 y 5 nanómetros de diámetro. Cuando se le preguntó si este experimento realmente condujo a la formación de verdaderos nanodiamantes, Dominik Kraus, profesor de física de alta densidad de energía en la Universidad de Rostock, dijo a ZME Science:

“Los nanodiamantes son de hecho diamantes en términos de estructura cristalina. La misma estructura de cristal que en muchos anillos de boda, solo que un millón de veces más pequeña. Así que sí, estos son diamantes reales. En la breve escala de tiempo de nuestros experimentos, no tienen suficiente tiempo para crecer más. Sin embargo, dentro de los planetas donde podríamos tener tiempos de crecimiento de millones de años, los diamantes podrían ser gigantescos (km o más grandes)”.

Hay más que diamantes en esta investigación.
Los investigadores también revelaron que el oxígeno jugó un papel importante en el experimento. El gas promovió la formación de nanodiamantes al provocar una rápida división de los átomos de hidrógeno y carbono de la película de plástico. El experimento también confirmó su teoría anterior que sugería que “los diamantes literalmente llueven dentro de los gigantes helados”. Además, los resultados de este estudio no solo son aplicables a los interiores profundos de Urano y Neptuno, sino también a muchos otros planetas similares que existen en nuestra galaxia.

Créditos de imagen: Amber Lamoreaux/Pexels

El profesor Kraus sugiere que su experimento apunta hacia una forma muy eficiente y escalable de producir nanodiamantes con dopantes específicos en grandes cantidades. Dichos nanodiamantes dopados con otros elementos como el nitrógeno pueden usarse como “qubits” en computación y criptografía cuánticas. También cree que la precipitación de diamantes que ocurre dentro de los gigantes helados puede dar forma significativa al equilibrio energético de estos planetas, ya que los diamantes que se hunden liberan energía gravitacional y calientan el interior de los planetas. Explicando más, el profesor Kraus dijo:

“Se ha descubierto que planetas como Urano y Neptuno, y un poco más pequeños, son los planetas más abundantes fuera de nuestro Sistema Solar. Por lo tanto, comprender esos planetas también ayudará a profundizar más en el lugar donde podría existir vida fuera de nuestro Sistema Solar. Un factor limitante es, por supuesto, la breve escala de tiempo (nanosegundos) en comparación con los procesos químicos en escalas de tiempo planetarias (millones de años). Los procesos que ocurren en nanosegundos ciertamente ocurrirán en millones de años”.

Los investigadores mencionaron en su estudio que el experimento también puede haber resultado en la formación de agua superiónica (un estado del agua que existe en condiciones extremas de temperatura y presión). Sin embargo, actualmente no tienen ninguna evidencia que demuestre lo mismo y, por lo tanto, el siguiente paso en su investigación es observar la presencia de agua superiónica.

El estudio se publica en la revista Science Advances.

Fuente: ZME Science.

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