Una sustancia líquida o gaseosa empujada más allá de su punto crítico (es decir, más allá de la temperatura y presión a las que ya no se puede hacer la distinción entre líquido y gas) se llama fluido supercrítico. Los fluidos supercríticos, aún poco conocidos y que desafían las clasificaciones convencionales, poseen la capacidad de difundirse como un gas y disolver materiales como un líquido.

Esta dualidad los ha hecho invaluables en innumerables aplicaciones industriales, desde el procesamiento farmacéutico hasta el descafeinado de granos de café. Por otro lado, son cruciales para comprender planetas gigantes como Júpiter y Neptuno, donde pueden reinar estados similares de la materia.

Un equipo internacional de investigadores de la Universidad Sapienza (Roma, Italia), ILL (Grenoble, Francia), Ecole Polytechnique Federal (Lausana, Suiza), CNRS (Francia) y CNR (Italia) obtuvo pruebas experimentales de que la difusión molecular en un superfluido cambia de gaseosa. -comportamiento similar al comportamiento similar al líquido a través de la llamada línea de Widom (una línea termodinámica que extiende la curva de vapor saturado por encima del punto crítico). La transición es gradual dentro de un rango de presión estrecho.

El equipo investigó la difusión de moléculas dentro de un fluido supercrítico (un parámetro crucial que refleja la movilidad de las moléculas dentro del fluido) con una pregunta fundamental en mente:¿podemos identificar una región de presión-temperatura donde el comportamiento de un fluido supercrítico pasa del gas -¿Te gusta el líquido? Si bien los modelos teóricos han propuesto varios límites de transición (entre ellos la línea Widom), la validación experimental había sido, hasta ahora, difícil de alcanzar.

Este resultado se obtuvo a través de desafiantes experimentos de dispersión de neutrones cuasielásticos (QENS) de alta presión sobre metano supercrítico realizados en el ILL, en Grenoble. En el ILL, los neutrones se utilizan para explorar materiales y procesos de todas las formas posibles en una amplia gama de dominios.

En este estudio, se envió un haz de neutrones a una celda que contenía metano en condiciones supercríticas. La intensidad del haz de neutrones dispersado por la muestra se midió en función de la energía intercambiada en el rango de interés (es decir, en el rango de energía donde ocurren los fenómenos de difusión molecular dentro de la materia, el llamado régimen cuasi elástico). /P>

Las mediciones se realizaron a temperatura constante T=200 K (por encima de la T crítica=190 K) variando la presión del metano desde unos pocos bares hasta presiones muy altas (alcanzando casi 3 Kbar; la presión crítica es P=45 bar). . Los experimentos se realizaron en el instrumento ILL IN6-SHARP.

Los autores subrayan la evidencia experimental sorprendentemente clara:"Mientras que a presiones inferiores a aproximadamente 50 bar se observa la señal de la dinámica de difusión típica de los sistemas gaseosos, hemos podido observar que a medida que la presión aumenta por encima de eso, la señal evoluciona progresivamente hasta adquiere la forma típica de los líquidos", explica el autor Alessio De Francesco (investigador del CNR y del ILL).

El resultado fue posible gracias a la fuente de neutrones de alto flujo y a las exclusivas instalaciones de apoyo experimental disponibles en el ILL. "Estas mediciones están en el límite de las posibilidades experimentales actuales y eran impensables hasta hace unos años", añade Ferdinando Formisano (investigador del CNR y del ILL).

"Como suele ocurrir en la investigación, haber abierto una puerta significa ver nuevos caminos que explorar, y este objetivo sólo puede alcanzarse gracias al acceso a grandes instalaciones de investigación."