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¿Qué pasa cuando calientas agua a 100.000 ºC en solo un instante?

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Calentar el agua desde la temperatura ambiente a 100.000 grados Celsius en 75 femtosegundos, es lo que se ha hecho con un potente láser de rayos X en el Centro para la Ciencia del Láser de Electrones Libres (CFEL, por sus siglas en inglés) en DESY. La configuración experimental, considerada la olla más rápida del mundo, creó un exótico estado del agua desde el cual los científicos esperan obtener nuevos conocimientos sobre las propiedades particulares del fluido más importante de la Tierra.

El propósito fue concebir un estado de agua exótico, gracias al cual los investigadores esperan aprender más sobre las características del líquido fundamental de la Tierra.

Calentando agua

Los investigadores utilizaron el láser de electrones libres 'Linac Coherent Light Source' LCLS en el laboratorio 'SLAC National Accelerator Laboratory' en Estados Unidos para disparar flashes extremadamente intensos y ultracortos de rayos X en un chorro de agua.

Según explica Carl Caleman, del Centro para la Ciencia del Láser de Electrones Libres: "Los rayos X energéticos sacan electrones de las moléculas de agua, destruyendo así el equilibrio de las cargas eléctricas. De repente, los átomos sienten una fuerte fuerza repulsiva y comienzan a moverse violentamente. En menos de 75 femtosegundos, es decir, 75 millonésimas de una milmillonésima de segundo o 0,000.000.000.000.075 segundos, el agua atraviesa una transición de fase de líquido a plasma. Pero mientras el agua se transforma de líquido a plasma, aún permanece en la densidad del agua líquida, ya que los átomos no tuvieron tiempo para moverse significativamente todavía".

Los investigadores utilizaron sus mediciones para validar simulaciones por computadora del proceso. Las mediciones y simulaciones juntas permiten un examen más detallado de este estado exótico para comprender mejor las propiedades generales del agua. "El agua es un líquido extraño, y sin sus propiedades especiales, muchas cosas en la tierra no serían lo que son, especialmente la vida", dice Jönsson. El agua tiene varias anomalías, como densidad, capacidad de calor y conductividad térmica. Entre otras cosas, estas anomalías serán más exploradas en el futuro DESY Center for Water Science (CWS), y las observaciones como las presentadas son de gran relevancia para estos proyectos.

Además de su importancia fundamental, los resultados también tienen consecuencias directas para la investigación con láseres de rayos X, que los científicos utilizan para estudiar, entre otras cosas, la estructura atómica de muestras diminutas. "Son importantes para cada experimento de rayos X con líquidos", dice el coautor Kenneth Beyerlein de CFEL. "De hecho, cualquier muestra que tengas en los rayos X se destruye de la manera que estamos observando. Esto debe tenerse en cuenta en la investigación de todas las muestras no cristalinas.

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