Una investigación conjunta entre centros académicos de Gran Bretaña y China, con ayuda de software de Inteligencia Artifical, han demostrado que es posible un estado de la materia exótica nuevo, que se podría definir como sólido y líquido a la vez, “chain-melted state” o “fusión de cadenas”. El resultado se ha publicado en la revista científica PNAS.

Hasta ahora en el colegio a todos los ensañaban que la materia en el Universo tiene tres estados básicos: sólido, líquido y gaseoso, cada uno en función del movimiento de los átomos que la componen. A más velocidad, más tendencia hacia el gas. Es una explicación muy simple de una naturaleza mucho más compleja. Existen los llamados estados exóticos de la materia, que suelen ser fases intermedias entre los generales, o esos instante excepcionales en los que la materia es sometida a condiciones extremas, como cuando el nitrógeno y otros gases adquieren consistencia metálica en Júpiter por la intensa presión gravitatoria.

Uno de esos estados era sólo hipotético, una fase estable de los metales cuya estructura atómica tiene un comportamiento intermedio entre el sólido y el líquido, combinándolos ambos y comportándose de una manera peculiar. Para que el lector lo entienda recurramos a un trozo de hielo: pónganlo en la mano, conserva su estado sólido pero al mismo tiempo escurre una parte de sí mismo en estado líquido. Lo que todos entendemos por descongelación en realidad es más complejo, ya que esos metales no son agua. Es decir, un metal, imagen clásica de solidez, comportándose como un cubito de hielo.

La ayuda de la IA y el modelo doble de átomos

Los cálculos eran mucho más eficientes con ayuda informática, pero sobre todo con un software que fuera más allá de una simple máquina de cálculo. Usaron software de Inteligencia Artificial y, como si de un humano se tratara, la entrenaron para que pudiera predecir la estructura de la materia en diversas situaciones físicas a ese nivel de lo muy pequeño, por lo que incorporaron la mecánica cuántica al proceso para crear las predicciones. A partir de varios ensayos previos, lograron crear el modelo de simulación con ese bloque de potasio, reducido a sólo 20.000 átomos.

En este nuevo modelo cambia la estructura monolíticas: aparecen dos grupos sólidos de átomos, combinados pero independientes, y diferenciadas. Un primer grupo, el 80% del total de la muestra, se organizaron en forma de tubos que se combinaron como una cruz griega, mientras que el 20% restante formaron cuatro hileras en los huecos vacíos de esa cruz. Éstas últimas son las que se vuelven líquidas cuando la presión superó las 20.000 atmósferas (el ser humano soporta 1 atmósfera en la superficie terrestre) y los 127º C: la “cruz” se mantiene, pero las hileras se comportan como un líquido. El bloque no conservó la nueva forma cuando superó los 530º C o duplicó la presión. Para que el lector se haga una idea, ésa es la presión del manto interno de la Tierra.

Recalcamos: el metal no se derrite, sino que conserva ambos estados a la vez porque ni está solidificándose ni fusionándose. De hecho ese cubo podría pasar a través de un filtrador en forma líquida para recuperar solidez aparente al otro lado sin perder estabilidad. Ahora bien, ¿cómo se puede llegar a ese estado de la materia en un metal? En la simulación se usó un bloque de potasio puro sometido a enormes presiones físicas y alta temperatura. La simulación presupone también el mismo resultado con el sodio y el bismuto. Una puerta abierta para comprender mucho mejor cómo transita la materia (en especial determinados elementos) de un estado a otro en función de las condiciones.

El problema real es la total falta de aplicaciones: necesita enormes cantidades de calor y presión, lo que hace que sea extremadamente complicado buscarle salida tecnológica a este estado. Sin embargo lo que para nosotros puede ser una excepcionalidad es en realidad mucho más habitual: hay que tener en cuenta que en el interior de planetas y estrellas o incluso en cúmulos de gas sometidos altísimas presiones, por ejemplo cerca de un agujero negro, sí se dan esas condiciones en las que se combinan dos configuraciones atómicas en el mismo material. El éxito radica en que por primera vez se ha concretado cuál es el estado de la materia en esas condiciones.