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Científicos crean diamantes a partir del plástico usando láseres de alta potencia

Desde minúsculos nanocristales hasta pedazos de gemas de miles de quilates.
Imagen: Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory

La idea de que los diamantes caigan como gotas de lluvia suena como algo sacado de un comercial de Tiffany. Pero los científicos han pronosticado que las granizadas de diamantes podrían ocurrir a unos 10.000 kilómetros bajo la superficie de gigantescos planetas helados como Urano y Neptuno.

En el fondo de estos mundos, las condiciones son tan intensas que los fuertes lazos que mantienen juntas las moléculas de hidrocarburos se pueden cortar, y así permitir que los escombros elementales se aplasten hasta convertirse en diamantes, desde minúsculos nanocristales hasta pedazos de gemas de miles de quilates.

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Debido a que están cubiertos bajo voluminosas capas de gas, estos ambientes alcanzan temperaturas de alrededor de 5.000 Kelvin (8.540 Fahrenheit) y presiones de 150 gigapascales (1,5 millones de atmósferas terrestres). Incluso hasta los robots más robustos no podrían soportar estos lugares extremos, por eso los investigadores tienden a basar las especulaciones sobre las precipitaciones de diamantes en los modelos, en lugar de en observaciones directas.

Ahora, la investigación publicada el lunes en Nature Astronomy describe pruebas experimentales sólidas de la lluvia de diamantes, forjadas por láseres de alta potencia en el National Accelerator Laboratory (Laboratorio Nacional de Aceleradores, SLAC) de la Universidad de Stanford. Un equipo liderado por Dominik Kraus, físico del laboratorio de investigación alemán Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf, utilizó el LCLS que es un láser de electrones libres de rayos X y el instrumento de Materia en Condiciones Extremas (MEC, por sus siglas en inglés) para colocar muestras de poliestireno, un plástico basado en hidrocarburos, bajo tensiones similares a las que se encuentran en los grandes planetas de gas de hielo.

El láser MEC chocó contra el poliestireno y resultó en la producción de diamantes. Los resultados son aclamados como "la primera observación inequívoca de la formación de diamantes de alta presión", según un comunicado.

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Estación MEC en el SLAC National Accelerator Laboratory. Imagen: SLAC National Accelerator Laboratory

Este fue un avance algo inesperado para el equipo. "Esos momentos sorprendentes en los que tenemos una comprensión clara son muy raros en la ciencia", me dijo Kraus en un correo electrónico. "Por lo general, es un trabajo largo y arduo que intenta dar sentido a los datos no concluyentes, pero aquí estuvo claro desde el principio".

El experimento demostró cómo se forman los diamantes a través de hidrocarburos por las fuerzas de aplastamiento dentro de los planetas de gas frío. Esto es bastante deslumbrante por sí solo, pero también tiene implicaciones para otros campos de investigación. Hay muchos exoplanetas como Urano y Neptuno en otros sistemas estelares, y una comprensión más firme de la dinámica interna de estos mundos podría ayudar a dar estimados de su masa, tamaño, composición y actividad geológica.

La investigación del equipo también podría tener ciencia de materiales y aplicaciones comerciales. Los "nanodiamantes" útiles se pueden fabricar con detonaciones explosivas, pero el experimento de laboratorio SLAC puede prefigurar una técnica de fabricación de diamantes más avanzada.


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"Con los láseres de alta energía, esperamos que la síntesis [nanodiamante] pueda ser más limpia y más fácil de controlar", dijo Kraus. "Pero esto todavía está por demostrarse, estamos trabajando en eso y ya hicimos experimentos prometedores, hay mucho más por venir".

Nuestro futuro puede estar relacionado con fábricas que, inspiradas por el brillo en el corazón de los planetas de gas helado, conviertan plásticos en diamantes a través de un láser. La ciencia es un viaje salvaje.