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Experimento del SLAC y de la Universidad de Nevada mide directamente temperaturas extremas y muestra que el oro resiste 14 veces más allá de su punto de fusión.
Investigadores de Estados Unidos lograron, por primera vez, medir directamente la temperatura de átomos en “materia densa y caliente”. El resultado derribó una teoría de cuatro décadas y reveló que la fusión del oro puede ser más difícil de lo que se pensaba, incluso en temperaturas extremas.
La experiencia fue conducida por científicos del Laboratorio Nacional de Aceleradores del SLAC y de la Universidad de Nevada, Reno.
El estudio abre camino a nuevas mediciones en ambientes extremos, como núcleos planetarios y reactores de fusión.
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Medición Inédita
Según los científicos, siempre ha sido posible calcular la densidad y la presión de la materia bajo condiciones extremas. Sin embargo, medir la temperatura de forma precisa era un desafío.
“Tenemos buenas técnicas para medir la densidad y la presión de estos sistemas, pero no la temperatura”, explicó Bob Nagler, del SLAC.
El problema es antiguo. Las estimaciones de temperatura en ambientes como reactores de fusión tienen márgenes de error muy grandes. Esto compromete los modelos teóricos utilizados en física desde hace décadas.
Técnica Innovadora
Para resolver este impasse, los investigadores crearon una nueva técnica. En el instrumento Materia en Condiciones Extremas (MEC), utilizaron un láser para calentar una muestra de oro con un grosor de solo unos nanómetros.
Poco después, aplicaron un flash de rayos X ultrabrillantes. Con esto, los científicos lograron observar directamente cómo vibraban los átomos, lo que permitió calcular con precisión la temperatura alcanzada.
“Finalmente, hicimos una medición directa e inequívoca, demostrando un método que puede ser aplicado en todo el campo”, dijo Tom White, de la Universidad de Nevada.
Temperatura Récord
El resultado sorprendió al equipo. El oro, que normalmente se derrite a 1.337 kelvins, resistió intacto a 19.000 kelvins. Eso equivale a 14 veces su punto de fusión. La fusión del oro, que parecía ocurrir mucho antes de esos niveles, resultó ser mucho más compleja de lo que se pensaba.
A pesar de la temperatura extrema, el metal mantuvo su estructura cristalina. Según los científicos, esto fue posible porque el calentamiento ocurrió muy rápidamente, impidiendo que el material tuviera tiempo de expandirse o perder la forma.
Teoría Derribada
El descubrimiento va en contra de la llamada “catástrofe de la entropía”, teoría formulada en la década de 1980. Según esta idea, hay un límite absoluto para cuán caliente puede estar un sólido antes de desintegrarse.
“Nos sorprendió encontrar una temperatura mucho más alta en estos sólidos sobrecalentados de lo que inicialmente esperábamos”, dijo White. “Esto refuta una teoría antigua.”
El profesor destacó además que la Segunda Ley de la Termodinámica no fue violada. El comportamiento observado es posible cuando el calentamiento ocurre en trilionésimos de segundo. La fusión del oro, en estos experimentos, no ocurrió ni con calor extremo.
Nuevas Posibilidades
Para Nagler, es posible que experimentos anteriores ya hayan alcanzado estas temperaturas, pero sin que los investigadores se dieran cuenta, justamente por la ausencia de métodos directos de medición.
“Si nuestro primer experimento usando esta técnica llevó a un gran desafío a la ciencia establecida, apenas puedo esperar ver qué otros descubrimientos nos esperan”, afirmó.
El estudio fue publicado en la revista Nature.
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