Los científicos han utilizado un potente láser de rayos X para calentar el agua desde la temperatura ambiente hasta 100.000 grados Celsius en menos de una décima de picosegundo millonésima de millonésima de segundo. La configuración experimental, que puede verse comoEl calentador de agua más rápido del mundo, produjo un estado exótico de agua, del cual los investigadores esperan aprender más sobre las características peculiares del líquido más importante de la Tierra. Las observaciones también tienen un uso práctico para el sondeo de muestras biológicas y muchas otras con láser de rayos X.El equipo de Carl Caleman del Centro para la Ciencia del Láser Libre de Electrones CFEL en DESY y la Universidad de Uppsala Suecia informa sus hallazgos en la revista Actas de la Academia Nacional de Ciencias PNAS.
Los investigadores utilizaron el láser de rayos X de electrones libres Linac Coistent Light Source LCLS en el SLAC National Accelerator Laboratory en los EE. UU. Para disparar destellos de rayos X extremadamente intensos y ultracortos en un chorro de agua ".la forma habitual de hervir el agua ", dijo Caleman." Normalmente, cuando calienta agua, las moléculas se agitarán más y más fuerte ". En el nivel molecular, el calor es movimiento, cuanto más caliente, más rápido es el movimiento del agua.moléculas. Esto se puede lograr, por ejemplo, a través de la transferencia de calor desde una estufa, o más directamente con microondas que hacen que las moléculas de agua se balanceen hacia adelante y hacia atrás cada vez más rápido al paso del campo electromagnético.
"Nuestro calentamiento es fundamentalmente diferente", explicó Caleman. "Los rayos X energéticos sacan electrones de las moléculas de agua, destruyendo así el equilibrio de las cargas eléctricas. Entonces, de repente, los átomos sienten una fuerte fuerza repulsiva y comienzan a moverse violentamente. "En menos de 75 femtosegundos, es decir, 75 millonésimas de una billonésima de segundo o 0.000 000 000 000 075 segundos, el agua pasa por una transición de fase de líquido a plasma. Un plasma es un estado de la materia donde se han eliminado los electronesde los átomos, lo que lleva a una especie de gas con carga eléctrica.
"Pero mientras el agua se transforma de líquido a plasma, todavía permanece en la densidad del agua líquida, ya que los átomos aún no tuvieron tiempo de moverse significativamente", dijo el coautor Olof Jönsson de la Universidad de Uppsala. Este estado exóticode materia no se puede encontrar naturalmente en la Tierra ". Tiene características similares a las de algunos plasmas en el sol y el gigante gaseoso Júpiter, pero tiene una densidad más baja. Mientras tanto, es más caliente que el núcleo de la Tierra".
Los científicos usaron sus mediciones para validar las simulaciones del proceso. Juntas, las mediciones y las simulaciones permiten estudiar este estado exótico del agua para aprender más sobre las propiedades generales del agua. "El agua realmente es un líquido extraño, y si no fuera así,"Por sus características peculiares, muchas cosas en la Tierra no serían como son, particularmente la vida", enfatizó Jönsson. El agua muestra muchas anomalías, incluyendo su densidad, capacidad térmica y conductividad térmica. Estas anomalías serán investigadas dentroel futuro Centro de Ciencias del Agua CWS planeado en DESY, y los resultados obtenidos son de gran importancia para las actividades allí.
Además de su importancia fundamental, el estudio también tiene una importancia práctica inmediata. Los láseres de rayos X a menudo se usan para investigar la estructura atómica de muestras diminutas. "Es importante para cualquier experimento que involucre líquidos en láseres de rayos X", dijo co-autor Kenneth Beyerlein de CFEL. "De hecho, cualquier muestra que coloque en el haz de rayos X se destruirá de la manera que observamos. Si analiza algo que no sea un cristal, debe considerar esto".
Las mediciones muestran que casi no hay cambios estructurales en el agua hasta 25 femtosegundos después de que el pulso de rayos X comienza a golpearlo. Pero a los 75 femtosegundos, los cambios ya son evidentes ". El estudio nos da una mejor comprensión de lo que hacemos paradiferentes muestras ", explicó el coautor Nicusor Timneanu de la Universidad de Uppsala, uno de los científicos clave que desarrolla el modelo teórico utilizado." Sus observaciones también son importantes para el desarrollo de técnicas para obtener imágenes de moléculas individuales u otras partículas diminutas con rayos Xláseres "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DISEÑO Deutsches Elektronen-Synchrotron . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :