Iridiscencia en una nube superenfriada (Imagen: NOAA/Wikimedia Commons)

Seguro que conoces (o eso espero) el punto de congelación del agua: 0 grados centígrados ( o 32 grados Fahrenheit). Sin embargo, no es lo más frío que el agua puede estar, el agua “superenfriada” es el agua que existe por debajo de ese punto. Ahora, científicos han conseguido crear el agua más fría hasta la fecha.

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Un equipo de investigadores consiguió llevar agua líquida a los 230 Kelvin y otro hasta 228, eso está en torno a -45 Celsius (y -50 Fahrenheit). El hecho es genial solo por el hito científico que supone, puesto que esta región “profundamente superenfriada” es díficil de probar con experimentos. Sin embargo, hay otras razones: el agua es “rara” y extremadamente importante para entender el planeta en el que vivimos. No siempre obedece las normas que aprendiste en la escuela: puede existir como líquido en temperaturas por debajo de -35 grados celsius (-31 F) incluso en nuestra propia atmósfera y tiene propiedades extrañas que encima se acentúan más conforme el agua se superenfría. Justo en este rango de temperaturas, de hecho, se alcanza una particularidad matemática, también conocida como “singularidad”.

“Sin embargo, el tipo de singualridad que puede tener el agua todavía representa un rompecabezas sin resolver que ha propiciado la formulación de escenarios conflictivos al tratar de interpretar su origen” escriben los autores en uno de los estudios publicados la semana pasada en Physical Review Letters, drigido por Claudia Goy del Instituto de Física Nuclear de la Universidad Goethe, en Frankfurt. Otro equipo de Suecia, Corea y Japón puede haber llegado a esa singularidad, y publicó su paper el mes pasado en Science.

Aquí va un recordatorio: los científicos usan la temperatura simplemente como la energía cinética media de una colección de moléculas. Básicamente, cuantas menos moléculas se muevan y vibren, más baja es su temperatura. No es temperatura en el sentido de “adentrarse en el Ártico”, sino más bien describir el comportamiento de una diminuta colección de partículas en un sistema construido por físicos.

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Que esas moléculas comiencen de verdad a “congelarse” o formen un cristal depende de otros factores. Requiere un cristal inicial, o núcleo, para formarse y comenzar a atraer a otras moléculas. El agua prefiere ser un cristal en temperaturas por debajo del punto de congelación, pero los científicos pueden construir sistemas que previenen esa cristalización, como vamos a ver. Algunas de las propiedades químicas del agua no son como las de otros líquidos, tampoco: piensa en cómo el agua se expande cuando se enfría, por ejemplo, eso no ocurre con otros líquidos.

Ambos equipos crearon su propia agua superenfriada disparando chorros con gotas diminutas en un vacío. Cuanto más pequeña la gota, más fría podía permanecer aun en su forma líquida. Las pequeñas gotas también es menos probable que cristalicen debido a partículas ajenas. Dividirlas en partes aun más pequeñas expone aun más de ellas al vacío, conduciendo a un extraño enfriamiento por vacío. En esencia, bajar la presión causa que las partículas de la superficie se evaporen rápidamente. Esto elimina rápidamente el calor de las gotas y causa que la temperatura se precipie. Las gotas, al ser medidas, registran temperaturas como las que mencionábamos.

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Medir esa temperatura es complicado, además. Ambos experimentos usaron pulsos de láser para medir las gotas conforme viajaban y se evaporaban en el vacío. Medir cómo el diámetro de las gotas cambia conforme abandonaban el inyector le da a los investigadores un número que pueden transformar en temperatura usando una fórmula matemática.

Esto puede parecer un rodeo para simplemente medir temperatura, pero la realidad es que no puedes poner un termómetro al lado de las gotas y decir “vale, esta es la temperatura que tienen” afirma a Gizmodo Renato Torre, del Laboratorio Europeo de Espectroscopía no linear. Con todo, cree que los métodos usados por los investigadores soportan las afirmaciones del paper.

Agua superenfriada en un experimento casero.

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En cuanto a la singularidad, el grupo que llegó su agua hasta los 228 Kelvin apreció algunos efectos realmente extraños: El agua parecía existir en dos fases de densidad diferentes a la vez, basado en cómo se conectaba los clústeres de unas moléculas almacenadas en las gotas. Modelos creados por ordenador demostraron que este sorprendente resultado podría explicar las irregularidades en el comportamiento del agua con respecto a su densidad, según explica Tim Wogan en PhysicsWorld.

Paola Gallo de la Roma Tre University en Italia calificó el experimento de “importante” en un comentario para Science pero otro investigador, Alan Soper del Rutherford Appleton Laboratory en Reino Unido matiza que él no cree que se puedan sacar aun conclusiones definitivas y que quizá los cambios que apreciaron los responsables del estudio son en realidad el comienzo del agua cristalizando: “Claramente han visto algo y es muy interesante” añade “Pero lo que lo está causando en realidad es algo para lo que todavía no tenemos una respuesta concluyente”

En cualquier caso, el agua es vital. Está presente en las nubes, nuestros tejidos y hace falta para comprender todo tipo de fenómenos que ocurren en nuestro planeta. Los científicos solo están empezando a descubrir, por fin, qué ocurre en sus extremos. [PRL, Science]