Físicos en Estados Unidos dicen que han creado una simulación que, por primera vez, demuestra que el “vidrio ideal” es posible, resolviendo un problema de décadas de antigüedad. paradoja.
En cierto modo, el tipo de vaso en el que bebes agua helada tiene más en común con el líquido que con los cristales congelados que flotan en su interior. Sus moléculas están mezcladas como las de un líquido, una estructura aleatoria de solo una de las innumerables disposiciones posibles.
Un vaso ideal es diferente. Lo que parecería ser un revoltijo de moléculas no tendría otras opciones o, como se conoce en física, una entropía mínima.
Este tipo de vidrio fue discutido por primera vez en 1948 por el químico Walter Kauzmann, quien propuso que debido a que la entropía disminuye cuando los líquidos se enfrían y forman vidrio, podría haber una temperatura lo suficientemente baja como para eliminarla por completo. Esta seguiría siendo una disposición aleatoria, pero estaría empaquetada con tanta precisión que no podría reconfigurarse de ninguna otra manera.
En las décadas posteriores, se ha debatido ampliamente la viabilidad de un vidrio tan paradójicamente ordenado.
En el nuevo estudio, la física Viola Bolton-Lum de la Universidad de Oregón y sus colegas utilizaron modelos informáticos para demostrar que el vidrio ideal es posible en 2D: un vidrio con partículas que tienen una disposición amorfa pero que también están muy ordenadas y uniformes, por lo que se comporta como un cristal perfecto.
“Además de resolver un misterio de larga data, esta metodología representa un atajo valioso en la generación de sistemas vítreos bien equilibrados”, escriben los investigadores en su artículo publicado.
“La creación de un embalaje tan ideal hace posible una exploración y explicación completa de los sistemas bidimensionales atascados y vítreos”.
Estaba claro que el enfriamiento normal no funcionaría para alcanzar el estado ideal del vidrio: tomaría una cantidad de tiempo infinita. Para sus modelos, introdujeron una especie de código de trucos que permite cambiar el tamaño de las partículas de vidrio a medida que se empaquetan.
Este grado adicional de flexibilidad marca la diferencia, ya que produce un vidrio que parece amorfo pero exhibe propiedades cristalinas. Específicamente, el vidrio resultante es mucho más sólido y estable de lo normal, y cada partícula tiene un promedio de seis puntos de contacto con una vecina para ese soporte adicional.
“Creemos que hemos llegado a una solución al demostrar que tal estado no es una paradoja en absoluto”, dijo el físico Eric Corwin, de la Universidad de Oregon, a Ingrid Fadelli en Phys.org. “De hecho, podemos construirlo”.
Una forma en que el vidrio se diferenciaría del vidrio normal es en cómo reaccionaría si se golpeara. En lugar de provocar las vibraciones bastante desordenadas y desordenadas del vidrio normal, el vidrio ideal vibraría con perfecta uniformidad, como un diamante, por ejemplo.
También habría lo que se llama hiperuniformidad en el nuevo material. Cuando se ve de cerca, no se ve ninguna partícula agrupada ni espacios vacíos, y cada partícula ocupa la cantidad justa de espacio.
Es importante tener en cuenta que esta investigación es teórica: nadie ha fabricado todavía el vidrio ideal en el laboratorio. De hecho, los investigadores reconocen que los procesos estándar de calentamiento y enfriamiento no serán suficientes para crear este vidrio; será necesario encontrar nuevos enfoques antes de poder producirlo.
Sin embargo, el trabajo muestra que el vidrio ideal no es imposible y, dadas sus propiedades particulares, probablemente sería adecuado para muchos propósitos variados. Es difícil decir cuáles podrían ser esos propósitos, dado que aún es temprano para imaginar este material.
frameborder=”0″ enable=”accelerómetro; reproducción automática; escritura en portapapeles; medios cifrados; giroscopio; imagen en imagen; compartir web” referrerpolicy=”origen-estricto-cuando-origen-cruzado” enablefullscreen>Los investigadores tienen mucho que investigar sobre el vidrio ideal y su desarrollo, en particular cómo el código de trampa utilizado en las simulaciones puede replicarse en procesos de fabricación físicos reales. Dados los avances en la ciencia de los materiales, hay motivos para creer que algún día podría existir el vidrio ideal.
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“Se necesitarán enfoques novedosos para crear tales empaquetaduras en la práctica, ya que no son accesibles mediante procesos térmicos o mecánicos comunes”, escriben los investigadores.
“Para crear tales sistemas en la práctica sería necesario desarrollar una implementación física de nuestro algoritmo”.
La investigación ha sido publicada en Physical Review Letters.