Mantener presiones elevadísimas de forma estable, avance clave en la física

El estudio de materiales sometidos a condiciones extremas ha avanzado enormemente con el hallazgo de un modo de generar presiones muy altas sin usar ondas de choque, las cuales van acompañadas de calor que derrite los sólidos.

Este descubrimiento permitirá por primera vez a los científicos alcanzar niveles de presión estática que excedan los 4 millones de atmósferas, un entorno de alta presión en el que los materiales cambien sus propiedades químicas y físicas, los metales se vuelvan aislantes y se puedan acaso formar compuestos nuevos y singulares.

Un grupo internacional de científicos, usando equipamiento especial, incluyendo una máquina para generar rayos X de alta energía, pudo crear 640 GPa (gigapascales) de presión. Es una presión un 50 por ciento más alta que la demostrada anteriormente, y un 150 por ciento más alta que la alcanzable mediante los experimentos de alta presión usuales.

Las presiones de esta magnitud son de gran interés para científicos de especialidades como la geofísica, la cosmología, la química, y la ciencia de los materiales, por citar algunas.

Una presión estática de 640 GPa se corresponde con 6 millones de veces la presión del aire en la superficie de la Tierra y con más de una vez y media la presión presente en el centro de la Tierra. Las investigaciones realizadas usando estas presiones podrían conducir a nuevas revelaciones sobre cómo evolucionó la Tierra y cómo se comporta bajo condiciones extremas el hierro, el material más abundante en el núcleo terrestre.

Esta nueva capacidad para generar presiones muy altas fue desarrollada por científicos de la Universidad de Bayreuth en Alemania, la de Chicago en Estados Unidos y la de Amberes en Bélgica. Las propiedades físicas de materiales sometidos a presiones muy altas fueron examinadas en el GSECARS, gestionado por la Universidad de Chicago en el APS (Advanced Photon Source) del Laboratorio Nacional estadounidense de Argonne, en Illinois.

Esquema del dispositivo para crear las altísimas presiones. (Foto: GSECARS/Argonne National Laboratory)

El equipo de Vitali Prakapenka (Universidad de Chicago en Illinois) no piensa detenerse aquí, sino que espera incrementar el rango de presiones accesibles hasta cerca de un terapascal, para probar materiales sometidos a condiciones como las reinantes en el núcleo de planetas gigantes gaseosos como Urano o Neptuno.

Los estudios anteriores estuvieron limitados por el hecho de que el único modo de alcanzar presiones tan altas era usando compresión dinámica (ondas de choque), las cuales también generan altas temperaturas y permiten realizar observaciones durante sólo algunos nanosegundos. El hallazgo de un nuevo modo de aplicar presiones estáticas permite realizar estudios experimentales de propiedades físicas y químicas de materiales in situ a altas presiones, pudiendo utilizar diversas técnicas de análisis, todo lo cual permitirá poner a prueba por fin la validez de teorías propuestas hace mucho tiempo, incluyendo varias sobre la metalización del hidrógeno.

Esta nueva técnica, por tanto, podría revolucionar bastantes áreas de la ciencia.

En el trabajo de investigación y desarrollo también han participado Natalia Dubrovinskaia y Leonid Dubrovinsky, ambos de la Universidad de Bayreuth.

Fuente: Noticias de la Ciencia y la Tecnología