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Descubrimiento accidental en la Universidad de Massachusetts Amherst mostró una mezcla de agua, aceite y partículas de níquel magnetizadas que regresa a la forma de urna griega después de ser agitada, abriendo nuevas cuestiones en la física de la materia blanda
El año pasado, un líquido que recupera la forma fue creado por accidente en la Universidad de Massachusetts Amherst, en los Estados Unidos, durante un experimento con agua, aceite y nanopartículas magnéticas de níquel. La mezcla, descrita en la revista Nature Physics, volvió repetidamente a la forma de una urna griega, contrariando expectativas clásicas de la física de la materia blanda.
Mezcla de agua, aceite y níquel reveló comportamiento inesperado
El descubrimiento comenzó con Anthony Raykh, estudiante de posgrado en ciencia e ingeniería de polímeros de la Universidad de Massachusetts Amherst.
Él trabajaba con materiales formados por partículas magnéticas y fluidos cuando preparó una mezcla de agua, aceite y partículas de níquel magnetizadas.
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En condiciones comunes, agua y aceite tienden a separarse. Cuando se agitan, pueden formar una emulsión temporal, como ocurre en un aderezo vinagreta. Con el tiempo, la mezcla busca reducir el área de contacto entre los líquidos.
En este tipo de comportamiento, pequeñas gotitas esféricas suelen surgir porque la esfera reduce el área de superficie.
Este resultado es esperado por las leyes de la termodinámica, que describen cómo los sistemas físicos tienden a estados de menor energía.
El frasco de Raykh, sin embargo, presentó otro camino. Incluso después de agitaciones vigorosas, el contenido no se organizaba en gotitas simples ni se separaba de forma caótica. La mezcla volvía a una forma curva y estable, parecida a una urna griega clásica.
Formato de urna llamó la atención por contrariar lo esperado
El punto más intrigante es que la forma de urna tiene un área de superficie mayor que la de una esfera. Según la lógica tradicional aplicada a mezclas de aceite y agua, este diseño no sería el estado más simple ni el de menor área.
Raykh llevó el frasco por los pasillos del departamento y mostró el fenómeno a profesores. En un comunicado de la universidad, afirmó que la mezcla formó “esta hermosa e inmaculada urna”, para su sorpresa.
La forma no apareció solo una vez. El líquido se reorganizaba en el mismo diseño incluso después de repetidas agitaciones, lo que indicó un comportamiento estable y no solo un efecto pasajero del experimento.
Los descubrimientos fueron publicados en la revista Nature Physics y descritos como un fenómeno aún no observado en el estudio de la física de la materia blanda, área que investiga materiales deformables, fluidos complejos, emulsiones y sistemas similares.
Magnetismo de las partículas cambió la frontera entre los líquidos
Para entender lo que ocurría, el equipo de UMass Amherst trabajó con investigadores de las universidades de Tufts y Syracuse.
El grupo realizó experimentos y simulaciones computacionales para analizar la organización de las partículas en la interfaz entre agua y aceite.
La explicación encontrada está en el magnetismo de las nanopartículas de níquel. En una mezcla común, las partículas añadidas pueden reducir la tensión en la interfaz entre los líquidos, facilitando la formación de emulsiones.
En este caso, el efecto fue opuesto. Las partículas de níquel estaban tan fuertemente magnetizadas que aumentaron la tensión interfacial. Este cambio forzó la frontera entre agua y aceite a curvarse en una forma estable y no plana.
Los investigadores atribuyeron el mecanismo a interacciones magnéticas dipolares atractivas en el plano entre las partículas.
Estas interacciones suprimieron la emulsificación común y ayudaron a crear una forma estable, diferente del patrón previsto para el sistema.
David Hoagland, profesor y autor principal del estudio, afirmó que observar de cerca las nanopartículas magnetizadas en la frontera entre agua y aceite permite obtener detalles sobre cómo se organizan diferentes formas.
Descubrimiento aún no tiene aplicación práctica
El equipo informó que el descubrimiento aún no tiene aplicación práctica. Aun así, el fenómeno abre un nuevo frente de investigación para entender cómo las partículas magnéticas pueden alterar el comportamiento de fluidos e interfaces.
Thomas Russell, uno de los autores principales del artículo, resumió la importancia científica de la observación al afirmar que, cuando algo parece que no debería ser posible, es necesario investigar.
Por ahora, el líquido que recupera la forma permanece como una curiosidad de laboratorio. El valor del descubrimiento está en mostrar un comportamiento inesperado en un sistema simple, formado por agua, aceite y partículas magnetizadas.
La investigación fue financiada por la Fundación Nacional de Ciencia de los EE. UU. y por el Departamento de Energía de los EE. UU.
Este artículo fue elaborado con base en información de la Universidad de Massachusetts Amherst y de la revista Nature Physics, con datos, números y declaraciones preservados según el material consultado.
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