Los científicos no dan crédito: el brutal experimento con oro que cambia los límites físicos de los materiales

El oro es uno de los metales más estudiados y valorados por sus propiedades químicas y físicas. Su resistencia a la corrosión y su estabilidad térmica fueron claves en campos que van desde la joyería hasta la tecnología de punta. Durante siglos, estas cualidades se han considerado parte de un marco físico intocable. Sin embargo, un reciente experimento con oro pateó el tablero.

Avances recientes en técnicas de calentamiento ultrarrápido y medición atómica permitieron a los investigadores explorar escenarios que antes eran inalcanzables. Estos experimentos han abierto un espacio de incertidumbre en torno a conceptos tan fundamentales como el punto de fusión.

Así fue el experimento con oro que cambió lo que se creía de los límites físicos

Un equipo internacional utilizó un láser de pulsos ultracortos para calentar fragmentos de oro de 50 nanómetros de grosor. En condiciones normales, este metal se funde a 1.064 grados centígrados.

Sin embargo, en el experimento se alcanzaron temperaturas cercanas a 18.700 grados centígrados sin que la estructura sólida colapsara de inmediato. Estos hallazgos mencionados ya fueron publicados en la revista Nature.

Este fenómeno se denomina sobrecalentamiento o superheating. No consiste únicamente en superar el punto de fusión, sino en hacerlo tan rápido que los átomos no tengan tiempo de reorganizarse en estado líquido. En este caso, el oro mantuvo su estructura sólida durante más de dos picosegundos, una escala que, en términos atómicos, supone un tiempo significativo.

La velocidad de calentamiento superó los 6 × 10¹⁵ kelvin por segundo, un registro que sobrepasa ampliamente cualquier intento anterior. A este ritmo, el calor se acumula antes de que los átomos puedan reaccionar, evitando la expansión térmica y el colapso de la red cristalina.

Un reto para la teoría de la catástrofe entrópica

Desde 1988, la física de materiales reconoce el concepto de catástrofe entrópica, que establece que un sólido no puede superar un límite equivalente a tres veces su punto de fusión sin fundirse.

Este modelo, propuesto por Fecht y Johnson, asume que, llegado cierto punto, el desorden del sólido iguala al del líquido, imposibilitando su estabilidad.

Los resultados del experimento con oro desafían esta idea. Según los datos, el metal permaneció sólido a temperaturas muy superiores a las predichas por la teoría.

La clave estaría en que, bajo un calentamiento ultrarrápido, la entropía del sólido no llega a igualar a la del líquido antes de que se complete la transición. De este modo, se evita el colapso termodinámico previsto por la teoría clásica.

¿Cómo se midió la temperatura extrema?

El éxito del experimento dependió de la capacidad para medir temperaturas extraordinarias en tiempos extremadamente cortos.

Los investigadores utilizaron la técnica de dispersión inelástica de rayos X en configuración de retrodispersión. Este método permite observar directamente la distribución de velocidades de los iones, reflejando cómo vibra la estructura atómica al recibir energía.

Cada pulso láser generaba electrones balísticos que transmitían calor de forma instantánea a los electrones térmicos, y estos, a su vez, a los iones de la red cristalina. Analizando el ensanchamiento espectral de los rayos X, se pudo determinar con precisión la temperatura alcanzada sin depender de modelos indirectos.

Las mediciones confirmaron que la señal de difracción propia de un sólido de oro persistió hasta los 19.000 kelvin, desapareciendo solo tras dos o tres picosegundos. Esto evidenció que el oro permaneció sólido en un rango térmico considerado imposible por la física tradicional.

Implicaciones y posibles aplicaciones de este experimento con oro

Los autores del estudio sugieren que ciertos materiales podrían no tener un punto de fusión fijo bajo condiciones de calentamiento ultrarrápido. En ese caso, el valor habitual sería más una consecuencia de la escala temporal del experimento que una propiedad intrínseca.

Esta posibilidad plantea interrogantes sobre el comportamiento de los sólidos en entornos extremos, como el interior de los planetas, los impactos de asteroides o las explosiones nucleares.

Comprender estos procesos podría aportar datos relevantes para la astrofísica, la física del plasma y el desarrollo de nuevos materiales resistentes.

Queda por determinar si este fenómeno es exclusivo del oro o puede reproducirse en otros elementos. De confirmarse en materiales distintos, el marco teórico actual sobre estabilidad de los sólidos requeriría una revisión profunda.

¿Qué es lo que cambia para la ciencia de materiales?

El experimento con oro no solo contradice un límite teórico vigente desde hace más de tres décadas, sino que también introduce un enfoque experimental capaz de replantear las bases de la física de materiales.

Cuando el calor se transfiere más rápido de lo que la materia puede responder, las reglas conocidas dejan de aplicarse.

La combinación de láseres ultrarrápidos y fuentes de rayos X de alta precisión ha sido decisiva para este avance. A medida que estas tecnologías se perfeccionen, será posible realizar experimentos más prolongados, con mayor control y en una gama más amplia de materiales.

Por ahora, el hallazgo abre una nueva vía de investigación sobre la estabilidad de los sólidos y su resistencia térmica, un campo que podría transformar tanto la teoría como la práctica de la ciencia de materiales en las próximas décadas.