Foto: Dominic Bazinet / Unsplash
¿Oyó hablar de la transición vítrea? Es el proceso por el cual un líquido se transforma en un sólido sin cambiar su estructura y representa uno de los grandes misterios de la física desde hace más de un siglo.
Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Tel Aviv propone que no se trata simplemente de un fenómeno de “ralentización”, sino de una transformación más profunda en la forma en que se transmite el movimiento dentro del material.
El estudio -liderado por el profesor Haim Diamant y la profesora Yael Roichman, de la Facultad de Química de la Universidad de Tel Aviv, junto con el grupo de investigación del profesor Stefan Egelhaaf de la Universidad Heinrich Heine de Düsseldorf- presentó un nuevo enfoque experimental para observar este proceso esquivo: el seguimiento del movimiento de diminutas partículas que actúan como “sensores” microscópicos.
La investigación se enfocó en materiales coloidales -suspensiones de partículas microscópicas dispersas en un líquido-, considerados un modelo ideal para estudiar la transición vítrea.
Cuando la concentración de partículas es baja, el sistema se comporta como un líquido común. Sin embargo, a medida que aumenta la densidad, las partículas restringen cada vez más su movimiento, hasta que todo el sistema se compacta y adquiere las propiedades de un sólido amorfo, similar al vidrio.
El poder de la microscopía avanzada
La principal innovación de los investigadores reside en el uso de partículas particularmente pequeñas y altamente móviles incrustadas en un sistema de partículas más grandes que experimentan la transición vítrea.
Mientras que las partículas más grandes pierden gradualmente su capacidad de movimiento, las más pequeñas conservan su movilidad, lo que permitió al equipo medir cómo cambia el medio circundante, explicaron los autores del estudio, cuyos resultados se publicaron en la revista Nature Physics.
Mediante microscopía avanzada, los expertos midieron el movimiento coordinado de pares de partículas pequeñas, examinando cómo el movimiento de una afecta a la otra en diferentes direcciones y a distintas distancias.
Los profesores Diamant y Roichman (Foto: Universidad de Tel Aviv)
Los resultados ofrecieron una imagen clara: en estado líquido, el movimiento se propaga a lo largo de grandes distancias a través del fluido. Pero a medida que el sistema se aproxima al estado vítreo, esa propagación se suprime y el sistema comienza a comportarse como un sólido que absorbe momento en lugar de transmitirlo.
Así fue de que se identificaron tres señales de la transición:
- Un cambio pronunciado en cómo varía la disminución de las correlaciones con la distancia.
- La aparición de una nueva escala de longitud característica que aumenta con la viscosidad del material.
- E incluso movimientos opuestos entre partículas vecinas, evidencia del desarrollo de resistencia al corte, una propiedad fundamental de los sólidos.
Confirmando predicciones
Los hallazgos experimentales confirmaron con precisión las predicciones teóricas realizadas por el mismo equipo hace varios años, recordaron desde la universidad israelí. Por su parte, el equipo de investigación señaló que, más allá de su importancia para una comprensión más profunda de la transición vítrea, los hallazgos tienen amplias implicaciones.
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Por ejemplo, el nuevo método puede utilizarse para estudiar geles, materiales blandos, sistemas activos e incluso tejidos biológicos, áreas en las que resulta difícil determinar con precisión cuándo un sistema deja de fluir y comienza a solidificarse. En este sentido, las diminutas partículas sirven como “testigos microscópicos” del momento en que un líquido pierde su fluidez.
Para Diamant, la importancia de esta investigación “radica no sólo en la identificación de nuevas señales de la transición vítrea, sino también en ofrecer una perspectiva novedosa sobre el fenómeno en su conjunto”.
(Israel económico)
