Científicos lograron crear hielo sin la necesidad de aplicar frío al agua
La nueva forma de hielo surge a temperatura ambiente y bajo presiones tan extremas que imitan las del interior de las lunas heladas.
A simple vista, el hielo parece algo sencillo: agua congelada y nada más. Pero un grupo internacional de científicos demostró que aún puede sorprender. En los laboratorios de alta presión del European XFEL, en Alemania, lograron crear hielo a temperatura ambiente sin enfriarlo, solo comprimiendo agua entre dos diamantes.
El experimento dio origen al hielo XXI, la vigésimo primera forma conocida de este material que, aunque cotidiano, resulta mucho más complejo de lo que aparenta.
El hallazgo, publicado en la revista Nature Materials, ofrece una nueva perspectiva sobre cómo puede formarse el hielo. En esta ocasión, la variable clave no fue la temperatura, sino la presión extrema, que alcanzó los dos gigapascales, es decir, unas 20.000 veces la presión atmosférica normal, según informó el European XFEL en un comunicado.
Presión extrema entre diamantes
Para generar esta nueva fase del hielo, los investigadores emplearon una celda de yunque de diamante, un dispositivo que, según detalla ZME Science, funciona como una prensa microscópica capaz de reproducir las presiones que existen en el interior de planetas y lunas.
El procedimiento consistió en colocar una pequeña cantidad de agua entre dos diamantes y comprimirla hasta niveles extraordinarios, aprovechando la extrema dureza de estas gemas. La presión se aplicó en pulsos de milisegundos, seguidos por intervalos de liberación de un segundo, un proceso repetido más de mil veces para observar cómo respondía el líquido.
Lo sorprendente fue que, aun a temperatura ambiente, las moléculas de agua se reorganizaron por un instante en una estructura cristalina desconocida, más compacta que la del hielo convencional.
El láser de rayos X que capturó el momento
Para registrar esta transformación efímera, el equipo utilizó el European XFEL, el láser de rayos X más potente del mundo, capaz de funcionar como una cámara de ultra alta velocidad que toma imágenes cada microsegundo.
Gracias a esta tecnología, los científicos pudieron observar en tiempo real la formación del nuevo tipo de hielo, mediante pulsos ultrarrápidos de rayos X.
“La compresión rápida del agua le permite permanecer en estado líquido hasta presiones más altas, donde normalmente ya debería haberse cristalizado en hielo VI”, explicó Geun Woo Lee, investigador del Instituto Coreano de Investigación de Estándares y Ciencia (KRISS), quien lideró el estudio.
Un camino oculto hacia el hielo VI
El hielo VI es una de las formas más exóticas del agua sólida y se cree que existe en el interior de lunas heladas como Titán o Ganímedes. Lo más fascinante del nuevo hallazgo es que el hielo XXI parece ser una etapa intermedia en ese proceso de formación, un “camino oculto”, como lo describen metafóricamente Geun Woo Lee y su equipo.
Esta fase metaestable solo existe durante unas decenas de microsegundos antes de transformarse finalmente en hielo VI.
Experimentos complementarios realizados en la fuente de fotones PETRA III confirmaron que el hielo XXI posee una estructura cristalina tetragonal, compuesta por bloques de 152 moléculas de agua, una configuración completamente inédita entre las fases conocidas del hielo.
Implicaciones para las lunas heladas
Aunque el hielo XXI solo puede mantenerse durante un instante en el laboratorio, su descubrimiento podría aportar nuevas pistas sobre los procesos que ocurren en los mundos helados del sistema solar. En esos entornos extremos, donde la presión y la temperatura varían drásticamente, estas fases efímeras podrían ayudar a comprender mejor la dinámica interna de las lunas, desde el movimiento de sus océanos subterráneos hasta la distribución de tensiones en sus cortezas.
“Nuestros hallazgos sugieren que pueden existir más fases de hielo metaestables a altas temperaturas y sus vías de transición asociadas, lo que podría ofrecer nuevos conocimientos sobre la composición de las lunas heladas”, explicó Rachel Husband, física del grupo DESY HIBEF.
En definitiva, este hallazgo ofrece una nueva perspectiva sobre las transiciones de fase del agua, ese material cotidiano cuyo comportamiento sigue sorprendiendo por su complejidad.“Aún hay muchas preguntas sobre cómo una sustancia tan simple puede generar tantas estructuras cristalinas diferentes”, reflexionó Lee, según citó ZME Science. “Queremos comprender en detalle los procesos que llevan al agua a cristalizarse en hielo”.
