Los estados cotidianos y más conocidos del agua son el líquido, el vapor y el hielo normal. Sin embargo, dependiendo de las condiciones físicas, el agua puede formar más de una docena de estructuras diferentes. Unos científicos han conseguido crear y observar ahora otro estado adicional y muy llamativo: un hielo negro al que se ha calificado de “superiónico”.
El logro es obra del grupo de Vitali Prakapenka, de la Universidad de Chicago así como del equipo científico del APS (Advanced Photon Source), una gigantesca máquina del Laboratorio Nacional de Argonne en Estados Unidos para escanear la materia usando rayos X ultrabrillantes de un modo que en muy pocas instalaciones del mundo puede hacerse.
Este raro hielo negro se forma a temperaturas y presiones extremadamente altas, como las del interior de planetas como Neptuno y Urano. Anteriormente, el hielo superiónico solo se había vislumbrado en un breve instante cuando los científicos enviaban una onda de choque a través de una gota de agua, pero en el nuevo estudio, el equipo de Prakapenka encontró una forma de crear, mantener y examinar el hielo de forma fiable.
“Fue una sorpresa: todo el mundo pensaba que esta fase no aparecería hasta presiones mucho más altas”, confiesa Prakapenka. “Pero pudimos cartografiar con gran precisión las propiedades de este nuevo hielo, gracias a varias herramientas potentes”.
Tras ejecutar los primeros experimentos, Prakapenka observó lecturas de la estructura muy diferentes a las que esperaba. Pensó que algo había salido mal y que se había producido una reacción química no deseada, algo que suele ocurrir con el agua en este tipo de experimentos. Pero cuando dejaron de someter el material a las condiciones exóticas generadas con el APS, la muestra volvió a su estado original. Entonces quedó claro que se trataba de un cambio estructural reversible, no de una reacción química.
Acerca de las características del hielo negro superiónico, Prakapenka las explica así: “Imagina un cubo con átomos de oxígeno en las esquinas conectados por átomos de hidrógeno. Cuando se transforma en esta nueva fase superiónica, el entramado se expande, permitiendo que los átomos de hidrógeno migren alrededor mientras los átomos de oxígeno permanecen firmes en sus posiciones. Es algo así como una red sólida de oxígeno asentada en un océano de átomos de hidrógeno flotantes”.
Esto tiene consecuencias en el comportamiento del hielo: Se vuelve menos denso, pero significativamente más oscuro porque interactúa de manera diferente con la luz. Sin embargo, aún no se ha explorado toda la gama de propiedades químicas y físicas del hielo superiónico. “Es un nuevo estado de la materia, así que básicamente actúa como un nuevo material, y puede ser diferente de lo que pensábamos”, advierte Prakapenka.
Prakapenka y sus colegas detallan su experimento y sus observaciones del extraño hielo negro en la revista académica Nature Physics, bajo el título “Structure and properties of two superionic ice phases”.
