Llueven diamantes en Neptuno y Urano y el fenómeno se puede recrear con una simple botella de plástico

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Las condiciones en el interior de planetas como Neptuno y Urano son extremas: aunque sean gigantes helados, en su interior las temperaturas alcanzan varios miles de grados centígrados y la presión es millones de veces mayor que en la atmósfera terrestre. Se cree que estas peculiares condiciones provocan se separen los compuestos de los hidrocarburos, entre ellos el carbono, y que las altas presiones compriman estas moléculas convirtiéndolo en diamante, hundiéndose de forma inexorable hacia los núcleos planetarios. Ahora, un equipo internacional encabezado por el laboratorio Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, la Universidad de Rostock (ambos centros en Alemania) y la École Polytechnique (Francia) ha podido probar lo que ocurre a miles de millones de kilómetros en algo tan sencillo como una simple botella de plástico. Y es más: han ideado una nueva forma de recrear algo parecido a esa ‘lluvia’ de pequeños diamantes que ocurre en el interior de esos planetas y recolectarlos para aplicaciones que pueden ser la base de futuros tratamientos médicos o de los prometedores ordenadores cuánticos. Los resultados acaban de publicarse en la revista ‘Science Advances’.

Las condiciones en el interior de planetas gigantes helados se pueden recrear fugazmente en el laboratorio: potentes destellos láser golpean una muestra de material con forma de película, la calientan hasta 6.000 grados centígrados en un abrir y cerrar de ojos y generan una onda de choque que comprime el material durante unos nanosegundos a un millón de veces la presión atmosférica. «Hasta ahora, usábamos películas de hidrocarburos para este tipo de experimentos», explica Dominik Kraus, físico de HZDR y profesor de la Universidad de Rostock. «Y descubrimos que esta presión extrema producía pequeños diamantes, conocidos como nanodiamantes».

Sin embargo, con estas películas solo fue posible simular parcialmente el interior de los planetas, porque los gigantes de hielo no solo contienen carbono e hidrógeno, sino también grandes cantidades de oxígeno. Al buscar el material adecuado para la película, el grupo se sorprendió con lo bien que encajaba el PET, la resina con la que se fabrican las botellas de plástico ordinarias.

«PET tiene un buen equilibrio entre carbono, hidrógeno y oxígeno para simular la actividad en los planetas de hielo», explica Kraus. El equipo realizó sus experimentos en el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC en California, la ubicación de la fuente de luz coherente Linac (LCLS), un potente láser de rayos X basado en un acelerador. Lo usaron para analizar qué sucede cuando los destellos láser intensivos golpean una película de PET, empleando dos métodos de medición al mismo tiempo.

«El efecto del oxígeno fue acelerar la división del carbono y el hidrógeno y, por lo tanto, fomentar la formación de nanodiamantes», dice Kraus. «Significaba que los átomos de carbono podían combinarse más fácilmente y formar diamantes». Esto respalda aún más la suposición de que, literalmente, llueven diamantes dentro de los gigantes de hielo. Los hallazgos probablemente no solo sean relevantes para Urano y Neptuno, sino también para otros innumerables planetas de nuestra galaxia: si bien antes se pensaba que estos gigantes de hielo eran rarezas, ahora parece claro que probablemente sean la forma más común de planeta fuera del Sistema Solar.

El equipo también encontró indicios de otro tipo: en combinación con los diamantes, debería producirse agua, pero en una variante inusual. «Es posible que se haya formado la llamada agua superiónica -opina Kraus.. «Los átomos de oxígeno forman una red cristalina en la que los núcleos de hidrógeno se mueven libremente». Debido a que los núcleos están cargados eléctricamente, el agua superiónica puede conducir la corriente eléctrica y ayudar así a crear el campo magnético de los gigantes de hielo. Sin embargo, con sus experimentos el grupo aún no ha podido demostrar de manera inequívoca la existencia de agua superiónica en la mezcla con diamantes (si bien es uno de los objetivos a medio plazo).

Creando nanodiamantes

El nuevo experimento también abre perspectivas para una aplicación técnica: la producción a medida de diamantes de tamaño nanométrico. «Hasta ahora, los diamantes de este tipo se han producido principalmente mediante la detonación de explosivos», explica Kraus. «Con la ayuda de los flashes láser, podrían fabricarse de manera mucho más limpia en el futuro». Por ejemplo, son una promesa en el campo de los sensores cuánticos de alta sensibilidad; como agentes de contraste médicos o el transporte más eficaz de fármacos en el cuerpo; y como aceleradores de reacción eficientes, por ejemplo, para dividir el dióxido de carbono.

La visión de los científicos es crear un láser de alto rendimiento que dispare diez destellos por segundo a una película de PET iluminada por el haz a intervalos de una décima de segundo. Los nanodiamantes así creados salen disparados de la película y caen en un tanque colector lleno de agua. Allí se desaceleran y luego se pueden filtrar y cosechar de manera efectiva. La ventaja esencial de este método en contraste con la producción por explosivos es que «los nanodiamantes podrían cortarse a medida en cuanto a tamaño o incluso doparse con otros átomos», enfatiza Kraus. «El láser de rayos X significa que tenemos una herramienta de laboratorio que puede controlar con precisión el crecimiento de los diamantes».

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