Fundir un diamante no consiste simplemente en calentarlo hasta que se convierta en líquido. A presión atmosférica, el material tiende a transformarse en grafito antes de llegar a ese punto. Para observar su fusión real es necesario recrear un entorno que se parece más al interior de un planeta gigante que a cualquier laboratorio convencional.
Eso es lo que consiguió un equipo del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore. Los investigadores llevaron pequeñas muestras de diamante hasta presiones cercanas a un terapascal (unas tres veces mayores que las existentes en el centro de la Tierra) y temperaturas superiores a las de la superficie del Sol.
El resultado más sorprendente no fue que el diamante terminara fundiéndose. Fue comprobar que, en esas condiciones, el carbono líquido resulta más denso que el diamante sólido. Dicho de otra manera: el diamante puede flotar sobre un océano de carbono como un cubito de hielo sobre el agua.
Un experimento que duró una milmillonésima de segundo
El trabajo, publicado en Nature Physics, se realizó en la instalación láser Omega de la Universidad de Rochester. El láser vaporizó la superficie exterior de cada muestra y generó una onda de choque que atravesó rápidamente el diamante.
El estado extremo creado por el impacto duró apenas un nanosegundo. Durante ese intervalo, los científicos tuvieron que medir simultáneamente la temperatura, la densidad, la reflectividad y la estructura atómica del carbono.
La clave fue utilizar difracción de rayos X ultrarrápida. Según explica el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, nunca se había seguido con esta técnica un diamante comprimido por choque hasta el momento exacto de su fusión.
Los resultados cerraron una discusión abierta desde hacía dos décadas. Los experimentos anteriores situaban la temperatura de fusión aproximadamente un 20% por encima de lo indicado por las simulaciones cuánticas. Las nuevas mediciones coincidieron casi perfectamente con los modelos y revelaron que los cálculos antiguos estaban desviados en más de 1.000 grados.
También descartaron una transformación intermedia. El carbono permaneció atrapado en su estructura de diamante hasta fundirse directamente, probablemente porque el choque fue demasiado breve para que los átomos pudieran reorganizarse en otra fase cristalina.
El extraño océano donde los diamantes podrían flotar
Que el diamante sea menos denso que el carbono líquido recuerda a una de las rarezas más conocidas del agua. Normalmente, los sólidos son más densos que sus versiones líquidas. El hielo y, bajo estas presiones extremas, el diamante funcionan al revés.
La conclusión aporta una pieza importante para reconstruir el interior de Urano y Neptuno. Allí, la presión podría separar los hidrocarburos presentes en el manto y obligar a sus átomos de carbono a formar cristales de diamante.
Esos cristales podrían hundirse a través de las mezclas de hidrógeno, agua y amoníaco que rodean las capas profundas, liberando energía gravitatoria durante el descenso. Al alcanzar una región rica en carbono líquido, sin embargo, su flotabilidad podría cambiar.
No existe una contradicción entre hundirse y flotar: todo depende de la densidad del material que rodea al diamante. El nuevo experimento no demuestra directamente que haya tormentas de gemas dentro de Neptuno, pero permite construir modelos mucho más precisos sobre dónde se formarían, hasta dónde caerían y qué ocurriría cuando empezaran a fundirse.
La misma física podría impulsar la fusión nuclear
El descubrimiento tiene otra consecuencia mucho más cercana. Los experimentos de fusión por confinamiento inercial utilizan pequeñas cápsulas de diamante que contienen combustible. Varios láseres golpean la cápsula para comprimirla y generar las condiciones necesarias para fusionar núcleos atómicos.
Actualmente se aplica un primer impacto intenso para garantizar que el diamante se funda de manera uniforme. Los nuevos datos indican que podría utilizarse un choque inicial más lento y suave sin perder esa fusión. Así, el combustible conservaría una mayor capacidad de compresión.
Los cálculos sugieren que esta modificación podría triplicar la ganancia energética utilizando la misma cantidad de energía láser, siempre que logren controlarse otras inestabilidades de la implosión. No significa que mañana tendremos electricidad ilimitada, pero convierte una rareza encontrada bajo condiciones planetarias en una posible herramienta para mejorar uno de los experimentos energéticos más ambiciosos de la Tierra.
