Descubren lo líquido que puede ser un líquido

La viscosidad, la medida de la fluidez de un fluido, es una propiedad que experimentamos diariamente cuando llenamos una tetera, nos duchamos, vertimos aceite de cocina o nos movemos por el aire.

Sabemos que los líquidos se espesan cuando se enfrían y se vuelven más húmedos cuando se calientan, pero ¿hasta cuándo un líquido puede volverse líquido si seguimos calentándolo? Finalmente, el líquido hierve y se convierte en gas o en una sustancia densa de tipo gas si se calienta a una presión lo suficientemente alta.

En el punto donde transita entre el estado líquido y el gas es el valor mínimo de viscosidad. La viscosidad se considera imposible de calcular desde la teoría porque depende en gran medida de la estructura líquida, la composición y las interacciones, así como de las condiciones externas de una manera complicada.

El premio Nobel Steven Weinberg comparó la dificultad de calcular la viscosidad del agua con el problema de calcular constantes físicas fundamentales, las constantes que dan forma al tejido de nuestro Universo. Pero, a pesar de esta dificultad, los investigadores han desarrollado una ecuación para hacerlo. En el nuevo estudio, publicado en la revista 'Science Advances', muestran que dos constantes físicas fundamentales gobiernan cuán líquido puede ser un líquido.

Las constantes físicas, o constantes de la naturaleza, son propiedades medibles del universo físico que no cambian. Su ecuación relaciona el valor mínimo de la viscosidad elemental (el producto de la viscosidad y el volumen por molécula) con la constante de Planck, que gobierna el mundo cuántico, y la relación de masa de protones a electrones adimensional.

La profesora Kostya Trachenko, autora principal del artículo de la Universidad Queen Mary de Londres, asegura que "este resultado es sorprendente. La viscosidad es una propiedad complicada que varía fuertemente para diferentes líquidos y condiciones externas. Sin embargo, nuestros resultados muestran que la viscosidad mínima de todos los líquidos cambia fuera a ser simple y universal", añade. Hay implicaciones prácticas por descubrir en este límite también.

Podría aplicarse donde se requiera un nuevo fluido para un proceso químico, industrial o biológico con baja viscosidad. Un ejemplo en el que esto es importante es el uso reciente de fluidos supercríticos para formas ecológicas y ecológicas de tratar y disolver productos de desecho complejos.

En este caso, el límite fundamental descubierto proporciona una guía teórica útil sobre a qué apuntar. También nos dice que no debemos desperdiciar recursos tratando de superar el límite fundamental porque las constantes de la naturaleza moldearán la viscosidad en este punto o por encima de este.

Una 'zona habitable'

Se cree que las constantes físicas fundamentales y, en particular, las constantes adimensionales (constantes fundamentales que no dependen de la elección de las unidades físicas) definen el Universo en el que vivimos.

Un equilibrio finamente sintonizado entre la relación de masa de protón a electrón y otra constante adimensional, la estructura fina constante, gobierna las reacciones nucleares y la síntesis nuclear en estrellas que conducen a elementos bioquímicos esenciales como el carbono.

Este equilibrio proporciona una 'zona habitable' estrecha donde se pueden formar estrellas y planetas y pueden emerger estructuras moleculares que sostienen la vida. Cambia ligeramente una de las constantes fundamentales adimensionales, y el Universo se vuelve muy diferente, sin estrellas, elementos pesados, planetas y vida.

La profesora Trachenko destaca que "el límite fundamental inferior nos recuerda cómo las constantes fundamentales de la naturaleza nos afectan a diario, comenzando por hacer una taza de té por la mañana extendiendo su regla general a propiedades específicas, aunque complejas, como la viscosidad líquida".

Por su parte, Vadim Brazhkin, coautor principal, de la Academia de Ciencias de Rusia, agrega que "hay indicios de que el límite inferior fundamental de la viscosidad del líquido puede estar relacionado con áreas muy diferentes de la física: los agujeros negros, así como el nuevo estado de la materia, el quark-gluón plasma, que aparece a muy alta temperatura y presión. Explorar y apreciar estas y otras conexiones es lo que hace que la ciencia sea tan emocionante".