Disparan el láser de rayos X más potente del mundo sobre agua y crean un tipo de hielo 'imposible' en la Tierra

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Un grupo internacional de científicos ha conseguido crear un nuevo tipo de hielo tras someter moléculas de agua a la acción del láser de rayos X más potente del planeta. Este avance, logrado en las instalaciones del European XFELy el DESY PETRA III en Hamburgo, ofrece una visión inédita sobre el comportamiento del agua bajo presiones extremas y sugiere similitudes con las condiciones que podrían darse en lunas heladas y exoplanetas.

El descubrimiento, que ha sido dado a conocer a través de un artículo publicado en la revista Nature Materials, se centra en una nueva fase del agua, bautizada como hielo XXI, que presenta la singularidad de mantenerse estable a temperatura ambiente. El hallazgo reconfigura el conocimiento sobre las formas sólidas del agua, hasta ahora limitadas a una veintena de estructuras cristalinas conocidas. Este resultado ha sido posible gracias a una compresión ultrarrápida dentro de una célula de yunque de diamante, capaz de generar presiones equivalentes a unas 20.000 veces la presión atmosférica terrestre.

Una nueva fase sólida del agua

Los experimentos, dirigidos por el Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS), demostraron que al comprimir el agua de manera casi instantánea (en apenas 10 milisegundos), las moléculas no se organizan como en el hielo VI, sino que se reestructuran formando un patrón completamente nuevo. Este comportamiento indica la existencia de transiciones moleculares desconocidas hasta la fecha.

Para observar el proceso con precisión atómica, los investigadores utilizaron los pulsos ultracortos del láser de rayos X del European XFEL. Gracias a su capacidad para registrar millones de imágenes por segundo, pudieron visualizar cómo las moléculas de agua cambiaban su disposición mientras se producía la cristalización del hielo XXI. Este sistema actuó como una cámara de alta velocidad que permitió filmar la transformación molecular en tiempo real.

Confirmación estructural del nuevo hielo

Las pruebas realizadas posteriormente en el haz P02.2 del PETRA III confirmaron que el hielo XXI presenta una estructura cristalina tetragonal, compuesta por grandes celdas unidad que se repiten en patrones regulares. Este resultado refuerza la idea de que la velocidad y la intensidad de la compresión determinan el tipo de estructura en la que se solidifica el agua, un fenómeno crucial para entender su comportamiento en contextos planetarios.

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R. Badillo

El investigador Geun Woo Lee señaló que “la compresión rápida del agua permite que permanezca líquida a presiones donde normalmente debería haberse transformado en hielo VI”. Este fenómeno revela la posibilidad de múltiples caminos de cristalización, cada uno con una configuración atómica distinta. Por su parte, Rachel Husband, del DESY HIBEF, añadió que “nuestros hallazgos sugieren que pueden existir más fases de hielo de alta temperatura, lo que podría ofrecer nuevas perspectivas sobre la composición de las lunas heladas”.

El estudio sugiere que estas fases metastables del hielo podrían existir de manera natural en el interior de cuerpos celestes como Titán o Ganímedes. Comprender cómo se forman y evolucionan estas estructuras permitiría mejorar los modelos científicos sobre la dinámica interna de los planetas helados. Además, los resultados demuestran el valor de combinar física de alta presión con tecnología de rayos X de última generación para estudiar materiales en condiciones extremas.