<pre>Los físicos escapan a un misterio: ¿por qué existe el vidrio?

Si la capacidad de calor excepcionalmente baja del vidrio ultra estable realmente proviene de tener menos sistemas de dos niveles, entonces el vidrio ideal corresponde naturalmente al estado sin sistemas de dos niveles. “Está perfectamente, de alguna manera, posicionado donde todos los átomos están desordenados, no tiene una estructura cristalina, pero no hay nada en movimiento”, dijo David Reichman, un teórico de la Universidad de Columbia.

Además, el impulso hacia este estado de perfecto orden amorfo de largo alcance, donde cada molécula afecta las posiciones de todas las demás, podría ser lo que hace que los líquidos se endurezcan en el vidrio que vemos (y vemos a través) a nuestro alrededor.

En esta imagen emergente, cuando un líquido se convierte en un vidrio, en realidad está intentando hacer la transición a la fase de vidrio ideal, atraída por un impulso fundamental hacia el orden de largo alcance. El cristal ideal es el punto final, dijo Royall, pero a medida que las moléculas intentan agruparse más juntas, se atascan; La viscosidad creciente evita que el sistema alcance el estado deseado.

Recientemente, se utilizaron innovadoras simulaciones por computadora para probar estas ideas. La simulación de vidrio ultraestable en una computadora solía ser inviable debido al tiempo de cálculo extraordinario requerido para que las moléculas simuladas se aglomeren. Sin embargo, hace dos años, Berthier encontró un truco que le permitió acelerar el proceso por un factor de 1 billón. Su algoritmo recoge dos partículas al azar y cambia sus posiciones. Estas sacudidas ayudan a que el líquido simulado permanezca despegado, permitiendo que las moléculas se asienten en los ajustes más ajustados, tal como la capacidad de intercambiar dos formas mal ajustadas ayudaría en Tetris.

En un papel que está bajo revisión para publicación en Cartas de revisión física, Berthier, Scalliet, Reichman y dos coautores informaron que cuanto más estable es el vidrio simulado, menos sistemas de dos niveles tiene. Al igual que con las mediciones de capacidad de calor de Hellman y Ramos, las simulaciones por computadora sugieren que los sistemas de dos niveles (configuraciones de grupos de moléculas en competencia) son la fuente de la entropía del vidrio. Cuantos menos de estos estados alternativos haya, más estabilidad y orden de largo alcance tiene un sólido amorfo, y más cerca está del ideal.

Los teóricos Vassiliy Lubchenko de la Universidad de Houston y Peter Wolynes de la Universidad de Rice sugirió En 2007, ese vidrio ideal no debería tener sistemas de dos niveles. “Estoy bastante contento con el resultado de Berthier”, dijo Wolynes por correo electrónico.

La anomalía del ámbar

Ramos y sus colaboradores publicaron sus comparaciones de muestras antiguas y “rejuvenecidas” del cristal amarillo en Cartas de revisión física en 2014. Descubrieron que el ámbar de 110 millones de años había crecido un 2 por ciento más denso, en línea con el vidrio ultraestable. Esto debería sugerir que el ámbar se había estabilizado con el tiempo, ya que pequeños grupos de moléculas se deslizaron, uno por uno, en disposiciones de menor energía.

Pero cuando el equipo de Madrid enfrió el vidrio antiguo casi hasta el cero absoluto y midió su capacidad calorífica, los resultados contaron una historia diferente. El ámbar envejecido tenía la misma alta capacidad calorífica que el ámbar nuevo, y todos los demás vidrios comunes. Sus moléculas parecían estar haciendo túneles entre tantos sistemas de dos niveles como de costumbre.

¿Por qué el número de sistemas de dos niveles no disminuyó con el tiempo a medida que el ámbar se estabilizó y se volvió más denso? Los hallazgos no encajan.

“Realmente me gustan los experimentos con ámbar, pero hacer un vaso de ámbar es una especie de proceso desordenado”, dijo Ediger, el creador del método de deposición de vapor. “Básicamente, la savia de los árboles cambia con el tiempo químicamente, se solidifica y envejece”. Él piensa que las impurezas en el ámbar español podrían haber manchado las mediciones de capacidad calorífica.

Los investigadores planean realizar más experimentos con ámbar, así como con vidrio simulado y fabricado en laboratorio, con la esperanza de descubrir más detalles de los sistemas de dos niveles y acercarse al supuesto estado ideal. Reichman señaló que puede que nunca sea posible demostrar su existencia con total certeza. “Tal vez algún día sabremos, al menos en la computadora, cómo empaquetar con precisión las partículas de una manera que sería el vidrio ideal que estamos buscando”, dijo. “Pero entonces tendríamos que esperar mucho tiempo, demasiado, para ver si se mantiene estable”.

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