Una investigadora del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET) participó de un estudio en el que se consiguió obtener condiciones extremas de la materia, el cual llevará en un futuro cercano a obtener presiones similares a las que ocurren en el centro de una estrella.

Mientras que la presión atmosférica en la superficie terrestre a nivel del mar es de alrededor de una atmósfera (atm), en el mar, a 100 metros de profundidad, es cercana a las 10 atmósferas. Pero la densidad de energía contenida dentro de una estrella genera una presión de miles de millones de atmósferas terrestres, y estas condiciones extremas sólo pueden ser recreadas en enormes laboratorios a través de experimentos de fusión con los láseres más grandes del mundo.

El estudio, recientemente publicado en la revista Science Advances, pertenece a un grupo internacional de científicos liderado por el Dr. Jorge Rocca en la Universidad Estatal de Colorado, Estados Unidos, quienes lograron hacer este tipo de experimentos con equipamientos mucho más pequeños y compactos que utilizan pulsos de láser ultra-cortos. María Gabriela Capeluto, investigadora asistente del CONICET en el Instituto de Física de Buenos Aires (IFIBA, CONICET-UBA) participó de las investigaciones, específicamente en el desarrollo de materiales.

Tradicionalmente se conocen tres estados de la materia: gas, líquido y sólido. Pero hay un cuarto, el plasma, que es similar a un gas cuyas partículas están cargadas electromagnéticamente y que es más inestable que los otros tres. Un ejemplo de este estado son los relámpagos.

“Nosotros estudiamos la creación de plasmas ionizados, muy densos y calientes a partir de la irradiación de una matriz de nanohilos metálicos con láseres de pulsos ultra cortos muy potentes. Con este método se logran grados de ionización mucho más grandes que si se usaran materiales planos, obteniendo plasmas en el régimen de densidad de energía ultra grande. Eso produce que la materia se encuentre en un estado de temperatura y de presión muy elevados”, comenta.

Los nanohilos cilíndricos (decenas de nanómetros de diámetro y varios micrones de largo) que diseñaron están hechos de níquel y cobalto, tienen un diámetro en el orden de las decenas de nanómetros y sirvieron para recrear por primera vez en laboratorio condiciones extremas de energía, presión y temperatura.

Durante los ensayos los investigadores midieron la profundidad con que estas energías extremas penetran en las nanoestructuras, que fueron diseñadas específicamente para este experimento para que su composición cambie con la profundidad. Concluyeron que irradiar con las mayores intensidades disponibles de láser permitiría que la materia alcance las presiones que ocurren en el interior de una estrella.

Estudiar los plasmas altamente ionizados abre un nuevo camino a los científicos para comprender la física de ultra alta densidad de energía, es decir, la que estudia la materia y la radiación bajo condiciones extremas de presión y densidad de energía. Podría a futuro aplicarse, por ejemplo, para desarrollar métodos de fusión nuclear controlados por láseres, convertir la energía óptica de láseres en rayos X eficientemente, y para comprender con más profundidad los procesos atómicos en astrofísica, así como también para obtener imágenes de alta resolución de objetos pequeños con alta resolución temporal.