Las estrellas consiguen aproximar a los átomos

Artículo publicado por Zeeya Merali el 19 de julio de 2012 en Nature News
Cienciakanija.com Se predicen un mecanismo de unión anteriormente desconocido en los campos magnéticos de las enanas blancas. El magnetismo puede ser el secreto de un sólido matrimonio entre los átomos que se encuentran en las atmósferas de las estrellas. Las simulaciones por ordenador muestran que un tipo anteriormente desconocido de poderoso enlace químico debería inducirse en los feroces campos magnéticos de las estrellas. Si puede reproducir este efecto en el laboratorio, podría aprovecharse la ‘materia magnetizada’ para la computación cuántica.
Campos magnéticos en una estrella de neutrones © by NASA Goddard Photo and Video
Los químicos identifican dos clases de enlaces moleculares fuertes: los enlaces iónicos, en los que los electrones de un átomo saltan a otro, y los enlaces covalentes, en los que los electrones se comparten entre átomos. Pero Trygve Helgaker, químico cuántico de la Universidad de Oslo, y sus colegas descubrieron por accidente un tercer mecanismo de enlace cuando simularon cómo deberían comportarse los átomos bajo campos magnéticos de aproximadamente 10⁵ teslas — 10 000 veces superiores al mayor campo que puede generarse en la Tierra. Sus resultados se publican hoy en la revista Science¹. El equipo examinó primero cómo el estado de menor energía, o estado base, de una molécula de hidrógeno de dos átomos se distorsionaba bajo el campo magnético. La forma de mancuerna de la molécula se orientaba paralelamente a la dirección del campo y el enlace se acortaba y hacía más estable, dice Helgaker. Cuando uno de los electrones era impulsado a un nivel de energía que normalmente rompería el enlace, la molécula simplemente giraba de forma que quedase perpendicular al campo y se mantuviese unida. “Siempre hemos enseñado a los estudiantes que cuando un electrón es excitado de esta manera, la molécula se rompe”, dice Helgaker. “Pero aquí vemos un nuevo tipo de enlace que mantiene unidos los átomos”. El equipo también informa de que debería aparecer un efecto similar entre átomos de helio, que normalmente no se unen bajo ninguna circunstancia. Los átomos se mantienen unidos por la forma en que sus electrones bailan alrededor de las líneas de campo magnético, explica Helgaker. “La forma en que los electrones se mueven en relación al campo, y su energía cinética, pueden ser tan importantes para los enlaces químicos como la atracción electrostática entre los electrones y los núcleos”, comenta. Dependiendo de su geometría, las moléculas permitirán a los electrones rotar alrededor de la dirección del campo magnético. Campo estelar Si los nuevos estados siguen ligados a temperaturas muy altas, podrían perfectamente aparecer en las atmósferas de algunas enanas blancas y estrellas de neutrones, donde los campos magnéticos son similares a los simulados por el equipo. Pero será difícil observarlos, dice Dong Lai, astrofísico de la Universidad de Cornell en Ithaca, Nueva York. El equipo tendrá que extender su modelo para ver si los inusuales estados ligados modificarían los espectros de luz procedentes de las estrellas de una forma que pudiera ser detectable, señala. La simulación de los estados “es un paso importante, pero deben darse otros para ver lo relevante que es para la astrofísica”. Más cerca de casa es virtualmente imposible generar unos campos magnéticos de tal intensidad, debido a que vienen acompañados de drásticos cambios en la química de todo a lo que afecta. La longitud del enlace entre átomos pueden menguar aproximadamente en un 25% bajo tales campos, dice Helgaker. “¡El aparato experimental dejaría de ser un aparato en esas extremas condiciones!” Sin embargo, los hallazgos aumentan las esperanzas de que la ‘materia magnetizada’ del laboratorio pudiese tener propiedades aprovechables. En 2009, los físicos crearon un estado débilmente ligado conocido como molécula de Rydberg², que algunos han sugerido que podría usarse para transportar información en un ordenador cuántico. Las moléculas de Rydberg son muy sensibles a los efectos magnéticos, dice Chris Greene, físico atómico en la Universidad de Colorado en Boulder, que fue una de las primeras personas en proponer la existencia de las moléculas³. “Esto significa que podrían usarse campos magnéticos como regulador para controlar detalladamente la fuerza del enlace, manipularlos y almacenar y eliminar la memoria cuántica a voluntad”. Gracias a César Tomé por proporcionar este enlace.