Incluso una sola molécula de gas puede dar un golpe lo bastante fuerte como para ser detectado. Unos investigadores acaban de conseguir medirlo.
A nuestro alrededor, las moléculas del aire se mueven sin parar. Chocan contra las paredes, los objetos y nuestra piel. Estos innumerables choques producen, entre otras cosas, la presión del aire. Pero cada colisión por separado es tan débil que resulta muy difícil distinguirla.
Modelo molecular del hexafluoruro de azufre, de fórmula SF₆: un átomo de azufre rodeado de seis átomos de flúor. Este gas forma parte de las tres sustancias probadas en el experimento sobre colisiones individuales.
Foto: Ljeto, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons.
Un equipo de la Universidad Yale, en Estados Unidos, ha encontrado la manera de observar algunos de estos diminutos impactos. Los investigadores utilizaron una esfera de sílice, un material similar al vidrio, de apenas 100 nanómetros de diámetro. Es más de mil veces más pequeña que el grosor de un cabello.
Para evitar que tocara cualquier cosa, la mantuvieron suspendida gracias a la luz de un láser, dentro de una cámara de la que se había extraído casi todo el aire. Después añadieron, en cantidades muy pequeñas, tres gases diferentes: criptón, xenón y hexafluoruro de azufre.
En cada colisión, un átomo o una molécula podía transmitir un impulso a la esfera, provocando un movimiento ínfimo. El láser permitía seguir ese desplazamiento. Así, los investigadores detectaron golpes producidos por partículas aproximadamente diez millones de veces más ligeras que su sensor.
Lo más delicado era separar estos choques de todas las demás pequeñas vibraciones del aparato. El equipo comparó las señales con las registradas sin añadir gas y después con los resultados previstos por los cálculos. Las mediciones coincidían con la frecuencia y la intensidad esperadas de las colisiones.
Los investigadores demostraron así que era posible distinguir colisiones individuales, allí donde los instrumentos suelen medir su efecto acumulado.
¿Para qué podría servir esto? Al contar estos impactos, se podrían medir presiones extremadamente bajas, como las que se buscan en sistemas donde se hace casi totalmente el vacío.
Con sensores aún más sensibles, este método también podría ayudar a estudiar fuerzas muy débiles y ciertos experimentos de física fundamental. Por ahora, el logro reside en la escala de lo que los investigadores han conseguido medir: el golpe de una sola partícula de gas.