Los últimos días del edén (ciencia de una sola vez)

Los últimos días del edén (ciencia de una sola vez)

/ 25 marzo, 2016 / 21 Comments / Blog del Lab

Los últimos días del Edén (Medicine Man, 1992) es una película que, como científico, siempre recomiendo ver. Habla de la búsqueda para encontrar un fármaco contra el cáncer que lleva a cabo un médico (Sean Connery) en la selva del Amazonas, y se centra en su desesperado intento por reproducir unos resultados positivos para que no le quiten la financiación. Una y otra vez vuelve a probar las mismas condiciones que en su día le dieron resultado, con la misma planta local (bromelias si no recuerdo mal), y repasa en su cuaderno todo lo que hizo para no omitir ningún detalle… pero nada. Sólo al final de la película -que no destriparé aquí para que podáis disfrutarla- logra descubrir lo que había estado haciendo mal.

Burj Khalifa

Burj Khalifa

Hoy recuerdo esta película en el blog porque quiero hablaros de la ciencia de una sola vez, de esas muestras únicas con las que a veces se escriben grandes artículos de investigación, pero que son imposibles de reproducir. Porque la realidad es que aunque tratamos de dominar la naturaleza en el laboratorio controlando unos pocos parámetros (presión, temperatura, corriente eléctrica, flujo de gas…) a veces no tenemos ni idea de por qué sale lo que sale. Esto es especialmente cierto cuando se habla de nanotecnología, porque es muy difícil controlar lo que hacen unos pocos átomos. Como ejemplo rescato la imagen del Burj Khalifa, un nanohilo que, simplemente, salió así.

Evaporadora

Esquema de evaporación térmica (por efecto Joule)

Pues bien, esta vez estábamos trabajando para producir nanopartículas de galio (Ga) por evaporación térmica.  La evaporación consiste en colocar algunos miligramos de Ga de alta pureza en un filamento (normalmente de W, que aguanta más de 3000 ºC), que se pone al rojo vivo al hacer circular a través de él una corriente eléctrica alta (el conocido efecto Joule: consigues calor a cambio de electricidad). En esencia es como una bombilla de toda la vida, sólo que introducimos un material que se evapora en ella. Por cierto que el galio es un metal que estaría líquido en la palma de tu mano (funde a 30 ºC), así que no tiene mucho mérito evaporarlo con un filamento al rojo, pero tenemos que hacerlo así para que sea controlable.

Ga

Ejemplo de gotas de Ga en una imagen al microscopio electrónico

Las partículas de Ga tienen forma de gotas porque tienden a juntarse entre ellas, y adquieren unas propiedades ópticas bastante particulares que dependen del tamaño. Básicamente, las gotas absorben la luz incidente en rangos diferentes del espectro electromagnético dependiendo de ese tamaño. Ése es un parámetro que podemos modificar muy bien regulando el tiempo de evaporación, así que logramos hacer gotas de unos pocos nanómetros hasta casi una micra de diámetro.

Nuestro objetivo es modificar su forma, su tamaño y su distribución, para así seleccionar la longitud de onda en la que el sensor final va a funcionar. Resulta que mientras las gotas crecen sobre el sustrato, debido a su estado líquido y a la tensión superficial que tienen, tienden a juntarse. Este mecanismo puede darse por un proceso de coalescencia o por uno de engrosamiento (a veces llamado maduración). Es decir, o bien dos gotas se juntan para formar otra más grande (lo que pasa con las gotas de aceite en el agua al tocarse), o bien las gotas por debajo de un tamaño desaparecen y se separan dejando que sólo sobrevivan las grandes (lo que pasa con burbujas de gas en la espuma).

island coarsening

Comparación de los procesos de coalescencia (a) y engrosamiento (b). (Fuente: http://eng.thesaurus.rusnano.com/wiki/article5246)

Evidentemente nosotros no podemos controlar este mecanismo a nivel microscópico, aunque sí podemos limitarlo o condicionarlo por distintas formas (por ejemplo enfriando el sustrato). Como consecuencia, cuando observamos las gotas normalmente obtenemos una distribución aleatoria, con gotas grandes y pequeñas sin un orden reconocible. Eso es lo que pasa normalmente…

Pero la ciencia de una sola vez no pasa normalmente y el otro día, mientras estaba echando un vistazo a las muestras en el microscopio electrónico, encontré esto:

Eden

Alineamiento «mágico» de gotas de Ga

Como si las hubiera pintado Dalí de un brochazo, en medio de nuestras gotas desorganizadas apareció este patrón maravillosamente alineado. No sabemos por qué estaba allí. No sabemos cómo se han colocado así. No nos ha vuelto a pasar en ninguna otra muestra. Pero, como Sean Connery en Los últimos días del Edén, sabemos que es posible hacerlo y seguiremos tratando de entender qué hicimos bien ese día que no hemos podido hacer bien otra vez.

Porque como científicos sabemos que la historia de la ciencia puede estar llena de casualidades, pero la ciencia para la historia se tiene que demostrar más de una vez.

Nota final: Hace poco (el 11 de febrero) se ha hecho pública la primera señal de una onda gravitatoria (GW150914), resultado de la colisión de dos agujeros negros a 410 Mpc de la Tierra. El artículo, fruto de una colaboración internacional del proyecto LIGO, es una maravillosa prueba del poder de la ciencia y del valor de la precisión, ya que la medida supone un éxito sin precedentes. Hay muy buenas razones para creer que esta prueba es definitiva; en particular, el excelente acuerdo entre la teoría y el experimento (que me recuerda a La sensación de poder). Sin embargo, las ondas gravitatorias podrían ser tan poco intensas y frecuentes que no volvamos a detectar una en mucho tiempo (tanto tiempo que puede que el experimento LIGO ya no esté operativo). La pregunta que queda en el aire es… ¿qué pasa si no se vuelve a detectar otra? ¿Sería ciencia de una sola vez? Podéis contarme vuestra opinión en los comentarios =)

Nota a la nota: Acaba de ser anunciado el descubrimiento de otra señal correspondiente a una onda gravitatoria (GW151226), resultado de la fusión de dos agujeros negros de 14.2 y 7.5 masas solares. Esto es una gran noticia porque indica que estos fenómenos estelares no son tan infrecuentes como se pensaba y porque además abre definitivamente un nuevo campo de investigación en Astrofísica. Así que ya no hace falta que os sigáis preguntando qué pasaría si no se detecta otra. Parece que las ondas gravitatorias no serán ciencia de una sola vez…

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