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Sólidos, líquidos y gases forman las tres fases básicas de la materia en todo el universo (dejemos los plasmas y los condensados de Bose-Einstein para otro día). Los seres humanos han observado cambios constantes entre estas fases durante muchos, muchos miles de años (con el cambio de las estaciones, por ejemplo). Aunque los siglos que siguieron a la revolución científica han puesto cifras y hechos a estos cambios de la materia -transformaciones gobernadas tanto por la temperatura como por la presión-, no han sido capaces de resolver un problema aparentemente sencillo: crear una descripción universal de cómo los sólidos pasan a líquidos.
Ahora, un nuevo estudio de Kostya Trachenko, de la Universidad Queen Mary de Londres, propone una nueva teoría que parece resolver por fin este persistente enigma. Basándose en los últimos avances de la teoría de los líquidos, que Trachenko destaca en su nuevo libro Theory of Liquids, el trabajo explica cómo los umbrales de fusión pueden predecirse con exactitud mediante una sencilla ecuación parabólica. Los resultados de este estudio se publicaron en la revista Physical Review E a mediados de marzo.
"Nuestra comprensión de los tres estados básicos de la materia (sólido, líquido y gaseoso) se basa en diagramas de fase de temperatura y presión con tres líneas de transición de fase: sólido-gas, líquido-gas y sólido-líquido", afirma el artículo. "No existe una función similar para la tercera línea de fusión (ML). Aquí desarrollamos una teoría bifásica general de las líneas de fusión (ML) y su forma analítica".
Trachenko tiene un largo historial de sondeo de la relación entre sólidos y líquidos. En 2014, desarrolló "el experimento más largo del mundo" -en el que una brea dollop tardó una década en caer en un embudo- para inspirar a los estudiantes a reexaminar la relación entre sólidos y líquidos. En 2020, Trachenko también calculó la velocidad máxima de la velocidad del sonido en un sólido y un líquido. Teniendo en cuenta que ha escrito literalmente el libro sobre el tema, Trachenko está bien preparado para descubrir la forma analítica de las líneas de fusión.
Trachenko llegó a esta teoría tan buscada al concluir que el ML está fijado por la constante de Planck (que describe la naturaleza cuántica de la energía) en conjunción con la capa de valencia de los átomos (el área que contiene los electrones más externos), la masa del electrón y la carga del electrón, según IFLScience. Se trata de una desviación de muchos esfuerzos anteriores que, en cambio, exploraban la entropía para derivar la fórmula.
La falta de la línea de fusión ha sido un serio quebradero de cabeza para los científicos, ya que todas las demás transiciones de fase -incluida la sublimación, que es cuando un sólido se convierte directamente en gas sin llegar a ser líquido- tienen ecuaciones similares. Por tanto, es lógico que también exista una para esta transición de fase. Sin embargo, el trabajo de Trachenko (al menos, por ahora) es sólo una teoría, y probablemente necesitará pruebas rigurosas antes de que pueda ser aclamado como la pieza que falta en el rompecabezas del cambio de materia que llena nuestra vida cotidiana.
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