MADRID, 21 Jul. (EUROPA PRESS) -
Científicos han descubierto una anomalía en las propiedades del hielo a temperaturas muy frías, que creen puede explicarse por un efecto de túnel cuántico de protones múltiples simultáneamente.
El hallazgo es un raro ejemplo de un fenómeno cuántico emergente en la escala macroscópica, y es aún más raro, ya que es la segunda vez -la primera fue la superconductividad- en que fenómenos cuánticos macroscópicos han sido observados en un sistema que está basado en fermiones, que incluyen protones, electrones y todas las demás partículas de materia. Otros sistemas que han mostrado fenómenos cuánticos macroscópicos se han basado en los fotones, una especie de bosón, que media las fuerzas entre la materia.
Los científicos, Fei Yen, de la Academia de Ciencias de China, y Tian Gao, de la Universidad de Energía Eléctrica de Shangai, han publicado un documento sobre la anomalía en el hielo en un reciente número de The Journal of Physical Chemistry Letters.
Como explican los científicos, cuando el agua se congela, el oxígeno en los átomos de hielo Hazte se reordena en una rejilla fruncida de forma hexagonal. Los átomos de hidrógeno, por otra parte parte, siguen estando bastante desordenados. Este proceso de congelación está regido por dos "reglas de hielo", que determinan que un solo átomo de hidrógeno puede residir entre dos de oxígeno, mientras cada átomo de oxígeno puede estar unido a cuatro enlaces de hidrógeno por átomos de dos longitudes diferentes.
Debido a las dos longitudes de enlace diferentes, entre cada par de átomos de oxígeno, hay dos lugares disponibles para un solo átomo de hidrógeno (que ha perdido su electrón y se convierte simplemente en un protón). A temperaturas suficientemente altas (por encima de 136 K, el protón tiene suficiente energía para moverse entre los dos sitios. Sin embargo, cuando la temperatura cae por debajo de 136 K, los protones no tienen suficiente energía para moverse y, al azar, se congelan en uno de los sitios.
Ahora, en el nuevo estudio, los científicos han encontrado que en realidad los protones pueden moverse entre los dos sitios incluso a temperaturas muy frías de menos de 20 K. Los protones no se pueden mover por medios clásicos de agrupamiento (ya que no tienen energía suficiente), sino por un efecto de túnel cuántico a través de la barrera de energía clásica.
Aunque el túnel cuántico se produce debido a la naturaleza de onda de las partículas en la escala cuántica, y no es factible a nivel macroscópico, aquí los científicos demuestran que los efectos totales combinados de túnel cuántico pueden ser vistos y medidos a nivel macroscópico. La evidencia macroscópica de los fenómenos cuánticos proviene de la medición de las propiedades dieléctricas del hielo. Como material dieléctrico, el hielo es un aislante eléctrico, pero en presencia de un campo eléctrico las moléculas se polarizan para alinearse a sí mismas con el campo eléctrico.
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