Agua en la pinza: dos miradas al deshielo exprés
Si se comprime agua entre dos cristales de modo que solo quepan dos capas de moléculas, se convierte en algo intermedio entre líquido y hielo. A temperatura ambiente, las moléculas en esa trampa aún se mueven, pero ya se alinean formando una especie de red cristalina. Durante sesenta años los científicos han debatido cómo se derrite exactamente este sistema cuando se calienta: de forma gradual, como la mantequilla en una sartén, o de golpe, como un cubito de hielo en un vaso.
En el nuevo trabajo, los autores no solo buscaron la temperatura de fusión, sino que siguieron dos "termómetros" distintos: la densidad (cuán apretadas están las moléculas entre sí) y la rigidez (cuán ordenadas están sus filas). Resultó que en la primera etapa de la fusión, cuando desaparece la estrictez cristalina, la densidad cambia muy suavemente, como una goma que se estira lentamente. Pero la propia rigidez desaparece de golpe, como una cuerda que se rompe. En la segunda etapa, cuando los restos de orden finalmente dan paso al caos del líquido, ambos parámetros saltan a la vez: es la transición de fase habitual, como el hervor del agua en una tetera.
Esta disparidad no es solo un capricho del mundo microscópico. Explica por qué experimentos anteriores y modelos computacionales se contradecían tan a menudo. Unos instrumentos detectan sobre todo la densidad, otros el orden. Al ver la misma fusión, dan lecturas diferentes. Los autores del trabajo aplicaron un truco matemático ingenioso: los llamados ceros de Lee-Yang, que permiten mirar en el corazón mismo de la transición sin esperar a que termine. Con su ayuda lograron demostrar que en el nanomundo el concepto de "punto de fusión" se desdobla: para cada propiedad hay uno propio.
Resulta que la disputa de seis décadas no era sobre quién tenía razón, sino que todos miraban el mismo fenómeno con ojos diferentes. Y solo ahora, al distinguir dos canales —densidad y orden—, se han podido reunir las piezas dispersas en una imagen unificada.
El grosor de la capa de agua en el experimento es de menos de dos nanómetros. Es aproximadamente cien mil veces más fino que un cabello humano.
En la novela de Kurt Vonnegut «Cuna de gato» existe el hielo-nueve, que hace que el agua se congele a temperatura ambiente. Aquí el problema es el inverso: lograr que el agua se derrita por partes, cambiando las condiciones en una rendija nanoscópica.