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Un experimento en Estocolmo prueba la teoría “líquida” desarrollada por investigadores ourensanos

Diego González, Claudio Cerdeiriña y Jacobo Troncoso, ayer, en el campus.

Diego González, Claudio Cerdeiriña y Jacobo Troncoso, ayer, en el campus.

Desvelar los misterios que oculta un líquido en apariencia tan simple como el agua pero a la vez tan complejo es uno de los retos científicos que más debate ha suscitado en las últimas décadas. En 1992, H. Eugene Stanley, experto en Física del Agua y uno de los autores más citados de la historia en todos los campos del conocimiento, lanzó la hipótesis de que este elemento pudiese existir en dos formas líquidas a la vez cuando alcanza temperaturas muy bajas. Esta teoría, sustentada en cálculos ultraprecisos realizados con un computador, logró un gran impacto pero planteó un nuevo reto: dar con la manera que permitiese observar experimentalmente los dos líquidos.

La verificación de la línea abierta por Stanley ha tardado casi tres décadas en llegar y el reciente experimento, liderado por el físico Anders Nilsson, profesor en la Universidad de Estocolmo, ha permitido ver este fenómeno a través de un sistema de rayos X. Esta hazaña, complejísima porque exige mantener el agua en estado líquido a -70º, ha tenido eco mundial y da soporte a una teoría que se ha ido construyendo a lo largo de estos años y en la que han participado los investigadores del grupo de Termofísica Molecular de la UVigo en el campus de Ourense, Claudio Cerdeiriña, Diego González y Jacobo Troncoso, profesores de la Escuela de Ingeniería Aeronáutica del Espacio.

El trabajo del grupo tuvo eco en la revista ‘Journal of Chemical Physics’

Expertos en el estudio de las anomalías del agua, su investigación logró eco en 2019 en un número especial de la revista Journal of Chemical Physics dedicado a la Fisicoquímica del Agua Subenfriada. El artículo, en el que son coautores los científicos Pablo G. Debenedetti, decano de Investigación de la Universidad de Princeton, y el propio H. Eugene Stanley, de la Universidad de Boston, avanzaba a través de un modelo mecano-estadístico muy simple, pero con extraordinaria precisión, el escenario en el que las anomalías del agua subenfriada están asociadas a la existencia de dos líquidos diferentes.

Confirmada la teoría, Cerdeiriña destaca la “relevancia” de estos experimentos porque “por una parte, nos proporcionan información veraz y excitante sobre la sustancia más importante de la naturaleza y, por la otra, validan todo el avance alcanzado desde el trabajo seminal de Stanley y colaboradores en 1992”, señala.

Diego González, Claudio Cerdeiriña y Jacobo Troncoso, ayer, en el campus. IÑAKI OSORIO

La colaboración de los físicos ourensanos con Debenedetti y Stanley tiene su origen en 2010 cuando Cerdeiriña llevaba ya años trabajando años en el campo de los fenómenos críticos en fluidos, como el problema de la anomalía Yang-Yang. “Siempre me fascinó que la sustancia más importante fuese la menos común por la posibilidad de tener un punto crítico líquido-líquido y, por consiguiente, existir como líquido en dos formas”. Por eso en 2010 se animó a visitar a Pablo G. Debenedetti, uno de los científicos más involucrados en este asunto y actualmente uno de los líderes en el campo de la Física del Agua.

El contacto con Stanley se produjo después, durante una estancia universitaria de Cerdeiriña en Princeton. “Allí coincidí con él y le conté las ideas que me surgieron”. Fue ahí donde se inició una colaboración en la que se implicó el resto del grupo de Termofísica Molecular de Ourense y que tuvo repercusión en la revista Journal of Chemical Physics.

“Nuestra contribución consistió en demostrar que toda la física anómala del agua es consistente con el modelo de Ising y, por tanto, con la Física Estadística"

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“Se trata de trabajo teórico que le da acomodo al punto crítico líquido-líquido del agua y toda su física anómala en el paradigma del modelo de Ising, el modelo más elemental de la Física Estadística para sistemas cuyas partículas ejercen fuerzas entre ellas y cuya solución fue obtenida tras 50 años de trabajo. La confianza que los físicos tenemos actualmente en este modelo es tan grande, que si una de sus variantes predice un comportamiento determinado, hay que tomarse muy en serio ese comportamiento”, explica el investigador. “Nuestra contribución consistió en demostrar que toda la física anómala del agua es consistente con el modelo de Ising y, por tanto, con la Física Estadística. Desde luego, eso constituyó un argumento de plausibilidad (uno más entre otros) en favor de la hipótesis de punto crítico líquido-líquido que, a la luz de los recientes experimentos, ha dejado de ser una hipótesis para convertirse en una realidad física”.

“Queremos seguir progresando para que la física del agua deje de ser considerada anómala"

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La prueba experimental de la predicción teórica en la que este grupo ha estado trabajando todos estos años no cierra la línea de investigación desarrollada por los tres físicos ourensanos. “Queremos seguir progresando para que la física del agua deje de ser considerada anómala. Eso implica lograr caracterizarla de forma completa y consistente para así darle cabida en el formidable marco teórico de la Física Estadística. Lo que publicamos en 2019 fue solo un paso en esa dirección y estamos trabajando para seguir obteniendo progreso por ahí”, afirma Claudio Cerdeiriña.

Para ello, el grupo presentó un proyecto a la nueva convocatoria del Plan Nacional de I+D, pendiente de resolución, y que daría continuidad a la financiación obtenida en 2018 para investigar el agua líquida y sus anomalías.

El grupo amplía sus temáticas de investigación

El estudio de los comportamientos anómalos del agua líquida y la hidrofobicidad que ha centrado el trabajo investigador de este grupo en los últimos años tendrá continuidad e incorporará nuevas temáticas.

Una de ellas, explica Claudio Cerdeiriña, tiene que ver con las implicaciones de la física anómala del agua en la vida en el interior de una célula. “¿Hasta qué punto es decisiva la física anómala del agua para que el funcionamiento de las proteínas y ácidos nucleicos sea como realmente es?”, se pregunta.

De forma específica, el grupo de Termofísica Molecular del campus de Ourense abordará el “autoensamblaje biológico”. Dentro de la célula, explica el investigador ourensano, “se observan con frecuencia procesos en los que partículas pequeñas se autoensamblan para formar una estructura ordenada más grande”. Ellos estudiarán hasta qué punto el agua líquida que rodea a las partículas que se agregan es esencial en este proceso.

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