El oro permanece perfectamente sólido cuando se calienta brevemente más allá de los límites previamente hipotéticos, informa un nuevo estudio, lo que puede significar una reevaluación completa de cómo se comporta la materia en condiciones extremas. El equipo internacional de científicos responsable del estudio utilizó disparos láser intensos y ultracortos para impulsar fragmentos delgados de oro más allá de un límite conocido como catástrofe de entropía, el punto en el que un sólido se calienta demasiado como para resistir la fusión. Es como un punto de fusión, pero para casos extremos donde la física no es convencional.
En un fenómeno llamado sobrecalentamiento, un sólido puede calentarse demasiado rápido como para que sus átomos tengan tiempo de entrar en estado líquido. Los cristales pueden permanecer intactos mucho más allá de su punto de fusión estándar, aunque sea por un tiempo muy breve.
Normalmente, se cree que la catástrofe de entropía es tres veces superior al punto de fusión estándar. Mediante un nuevo método para calcular la energía de los rayos X reflejados y medir con precisión la energía térmica absorbida, el equipo descubrió que el oro podía calentarse 14 veces ese límite antes de licuarse.
Aunque parezca sorprendente, los resultados no infringen ninguna ley de la termodinámica; simplemente demuestran que, a veces, las reacciones ocurren demasiado rápido como para que estas leyes se apliquen. Parece que los átomos dentro del oro no tienen adónde ir durante un breve periodo, lo que permite que la energía térmica se disipe antes de que la estructura ceda. Los investigadores lograron alcanzar alrededor de 18.700°C, y el oro mantuvo su estructura sólida durante más de 2 picosegundos (un picosegundo es una billonésima de segundo), tiempo suficiente para impulsar a los investigadores a reconsiderar los modelos existentes.
“Esta medición no solo supera los límites previamente previstos de la catástrofe de entropía, sino que también sugiere un umbral mucho más alto para el sobrecalentamiento de los sólidos, reescribiendo así la comprensión fundamental de la estabilidad de la fase sólida en condiciones extremas”, escriben los investigadores en su artículo publicado.
Las implicaciones aquí son intrigantes y emocionantes para los físicos: es posible que algunos sólidos no tengan punto de fusión en absoluto, al menos cuando se sobrecalientan durante períodos de tiempo ultracortos.
“Nuestros experimentos demuestran claramente que el límite de sobrecalentamiento propuesto anteriormente puede superarse con creces si el material se calienta lo suficientemente rápido”, escriben los investigadores.
Hay muchas áreas donde este nuevo conocimiento será útil. Los eventos de calentamiento ultrarrápido ocurren en todas partes, desde colisiones de asteroides en las profundidades del espacio hasta reactores nucleares aquí en la Tierra, y los científicos ahora comprenderán mejor qué sucede en estos eventos.
Los investigadores quieren ver si otros sólidos reaccionan de la misma manera que el oro en estudios futuros, así como explorar más a fondo la catástrofe de la entropía: esencialmente, redibujar el gráfico de cuándo los sólidos ya no pueden existir como sólidos.
“Tal vez pensamos que lo habíamos resuelto en la década de 1980 con este límite de sobrecalentamiento, pero ahora creo que es nuevamente una cuestión abierta”, dijo el físico Thomas White, de la Universidad de Nevada, a Alex Wilkins en New Scientist.
“¿Qué tan caliente puedes calentar algo antes de que se derrita?”
La investigación ha sido publicada en Nature.
Fuente: Science Alert.
