Un oro imposible: Lo calientan 14 veces más allá de su punto de fusión y no se derrite

Un equipo de físicos del Laboratorio Nacional SLAC ha logrado lo impensable: calentar una lámina de oro a 19.000 Kelvin, 14 veces su punto de fusión, sin que este pierda su estado sólido. El hallazgo, publicado recientemente, desafía una de las teorías físicas más aceptadas sobre la estabilidad térmica de los materiales, conocida como “catástrofe de la entropía”. El experimento se llevó a cabo en California, Estados Unidos, utilizando tecnología de rayos X ultrarrápidos para medir el comportamiento del oro en condiciones extremas. ¿Por qué importa? Porque podría reescribir lo que sabemos sobre los límites de la materia y abrir nuevas rutas para la energía, la fusión y la astrofísica.

Desmontando un límite físico histórico

La catástrofe de la entropía, formulada por los físicos Fecht y Johnson, sostenía que ningún material podía mantenerse sólido si era calentado más allá de tres veces su punto de fusión. En teoría, a esa temperatura, la entropía (o desorden molecular) del sólido alcanzaría la del líquido, causando una desintegración inevitable. Pero el equipo de SLAC, liderado por Thomas White y Bob Nagler, ha destruido esa noción al mantener oro cristalino estable a más de 14 veces su punto de fusión, es decir, 19.000 Kelvin.

La clave fue la velocidad extrema del calentamiento: una ráfaga láser de solo 50 cuatrillonésimas de segundo fue suficiente para elevar la temperatura sin permitir que el material reaccionara con una expansión o un colapso estructural. “Lo que demostramos es que estas catástrofes pueden evitarse si los materiales se calientan extremadamente rápido”, explicó White. Lejos de violar la física, el experimento revela que las leyes conocidas cambian cuando el tiempo disponible es casi inexistente.

Cómo lo hicieron: calor en cuatrillonésimas

El experimento fue posible gracias al instrumento MEC (Materia en Condiciones Extremas) del SLAC, que utilizó una lámina nanométrica de oro y una combinación única de láser y rayos X. El sistema disparó primero un pulso láser que elevó la temperatura al instante, y luego otro pulso de rayos X desde el Linac Coherent Light Source, el primer láser de electrones libres de rayos X del mundo. Estos rayos X permitieron medir las vibraciones atómicas del oro sobrecalentado con precisión inédita, detectando pequeños cambios en su dispersión espectral.

Este método permitió medir directamente la velocidad atómica en lugar de estimarla por cambios ópticos o modelos indirectos, una mejora crucial en la física de materiales extremos. El hecho de que el oro no se derritiera ni colapsara estructuralmente sugiere que el límite superior para el sobrecalentamiento puede no existir… siempre que se evite el tiempo para que ocurran las transiciones.

Qué es el SLAC y por qué es clave

El Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC, parte del Departamento de Energía de EE. UU. y afiliado a la Universidad de Stanford, es una de las instituciones más avanzadas del mundo en el estudio de la materia bajo condiciones extremas. Su infraestructura incluye herramientas como el LCLS-II (versión avanzada del láser de rayos X), el FACET-II (para investigación de aceleradores avanzados) o el NLCTA, que permite explorar nuevas tecnologías de aceleración.

Gracias a estas instalaciones, SLAC está desarrollando investigaciones punteras en física del estado sólido, química extrema y astrofísica experimental. La difracción de electrones MeV, otra herramienta clave, permite estudiar reacciones a escalas temporales inferiores al femtosegundo, algo esencial para entender cómo se comportan los materiales antes de “tener tiempo” para reaccionar.

Oro estelar: de los laboratorios a los núcleos planetarios

El experimento de sobrecalentamiento del oro no es solo un triunfo técnico, sino también una ventana al comportamiento de los materiales en condiciones similares a las de los núcleos planetarios o las supernovas. Tal temperatura y presión podrían encontrarse en el centro de gigantes gaseosos o en la formación de estrellas. Comprender cómo se comporta la materia en estos entornos ayuda a afinar modelos cosmológicos y mejorar tecnologías como la energía de fusión controlada, donde los materiales deben soportar temperaturas extremas sin colapsar.

“El hallazgo tiene implicaciones para la física planetaria, pero también para la ingeniería de nuevos materiales capaces de resistir condiciones imposibles”, afirmó White. Esta investigación puede servir de plataforma para el diseño de nuevos recubrimientos, escudos térmicos y materiales cuánticos, útiles desde la exploración espacial hasta la energía limpia.

Donde el tiempo deja de existir

Un material que no se derrite a 19.000 Kelvin no es solo un récord: es una anomalía que abre un nuevo campo de estudio. Lo fascinante del experimento de SLAC es que el oro se mantuvo intacto no por una resistencia inherente, sino porque no tuvo tiempo para romperse. Esto introduce un nuevo paradigma en física: el tiempo como variable crítica para las transformaciones de fase.

Hasta ahora, habíamos entendido los límites de los materiales como algo absoluto. Pero el oro sobrecalentado nos dice que, bajo condiciones suficientemente rápidas, la materia puede resistir incluso lo que parecía inevitable. La física del futuro podría dejar de buscar materiales más fuertes, y en cambio enfocarse en diseñar entornos donde lo imposible no tenga tiempo de suceder. Un nuevo territorio para la ciencia ha comenzado, y su frontera no es la temperatura… sino el tiempo.