Contando átomos

AvogadroCientíficos de los cinco continentes han trabajado juntos en un experimento de seis años de duración para determinar con más precisión que nunca una de las constantes físicas fundamentales: el número de Avogadro.

El número de Avogadro es el número de partículas que hay en un mol de cualquier sustancia. Quizás recordéis haberlo memorizado en el instituto: 6’023 x 10^23* (casi un billón de billones de partículas). En un mol de helio hay 6’023 x 10^23 átomos de helio, en un mol de agua, 6’023 x 10^23 moléculas de agua y si tuviéramos en la cocina un mol de naranjas, tendríamos 6’023 x 10^23 naranjas (y una cocina que ni la Preysler).

Determinarlo con precisión es importante para definir estándares tan importantes como la unidad de masa: el kilogramo.

Y os estaréis preguntando: «¿qué tiene esto que ver con contar átomos?». El caso es que, grosso modo, eso es lo que han hecho estos científicos. Han preparado esferas de cristales de silicio puro, elemento que es relativamente fácil de obtener a partir de gases como el cloruro y el hidruro de silicio.

Mapa de los residuos de óxido de silicio sobre las esferas de silicio puro
Mapa de los residuos de óxido de silicio sobre las esferas de silicio puro

Una vez que tuvieron las esferas perfectas, se «contaron» los átomos que contenían. Se sabe que los átomos se disponen en el cristal celdillas de a 8. Luego, se midió el radio de los mismos y se determinaron la densidad, el volumen y la masa de las esferas con el menor error posible. Una vez obtenidos estos datos y conociendo masa atómica del silicio se calcula con una sencilla cuenta el número de Avogadro.

Los resultados son los más precisos hasta la fecha. Aseguran (con una incertidumbre de 3.0 x 10^-8) que el número de Avogadro no es la cifra que nos estudiamos de memorieta en el cole sino 6’02214084 x 10^23 partículas por mol.

*10^23 – El acento circunflejo representa «elevado a», una potencia. Es un símbolo utilizado en casos en los que no pueden utilizarse los superíndices.

Fuente: arxiv.org/abs/1010.2317: An Accurate Determination Of The Avogadro Constant By Counting The Atoms In A Si-28 Crystal. La imagen de Avogadro está tomada de Wikimedia.

IV. Más respuestas

Hoy en día, físicos y astrónomos ya no están solos para acumular incansablemente medidas que permitan predecir mejor la naturaleza, o esperar noches enteras para observar un fenómeno celeste. Telescopios, satélites y detectores ultrasensibles les permiten observar objetos invisibles o atrapar partículas esquivas con energías que en ocasiones, es imposible reproducir en la Tierra.

Para confirmar y desarrollar nuestras teorías, necesitamos realizar experimentos centrados en fenómenos poco probables, o en la detección de partículas muy difíciles de observar, como neutrinos. Rayos cósmicos de muy alta energía, cuyo origen es todavía incierto, a partículas exóticas, desde ondas gravitacionales a rayos gamma, todos estos nuevos mensajeros cósmicos son fuentes de información valiosísima clave para entender la naturaleza del mundo que nos rodea. Nos ayudan a entender la estructura del Universo a gran escala, y el funcionamiento de la materia a las más pequeñas escalas. La Física de Astropartículas es la Ciencia de los dos infinitos, lo infinitamente grande y lo infinitamente pequeño.

Imagen: «Un agujero negro supermasivo acelerando partículas» de PBS.org

LHC en marcha…y pequeña sorpresa

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El pasado día 10 se puso en marcha el LHC, quizás el proyecto más aclamado del CERN (Centro Europeo para la Investigación Nuclear) con el que se espera poder descubrir algo más sobre el origen del Universo y quizás encontrar el bosón de Higgs, hallazgos que revolucionarían la Física de Partículas.

Pero, cuando todo iba sobre ruedas, hubo una pequeña fuga de helio en uno de los sectores del acelerador de partículas (el LHC) que tendrá que estar dos meses de ‘baja’. El helio enfría la máquina temperaturas cercanas al cero absoluto (1’9 Kelvin) el mal funcionamiento del sistema de refrigeración impide cualquier avance. Así que, ahora sólo queda repararlo y relanzar el experimento hacia el mes de noviembre.

Los empleados del CERN estaban un poco decepcionados con la noticia, pero parece que ya se van recuperando y todos están ya manos a la obra para que el LHC vuelva a acelerar partículas cuanto antes.

Os mantendremos al tanto de las últimas noticias.

Saludos

Fernando