💧 El agua estaría compuesta por dos líquidos en uno solo

Todo el mundo sabe que el agua tiene un comportamiento inusual: se vuelve menos densa al congelarse, lo que permite que el hielo flote. Pero esta singularidad no es más que la parte visible de un fenómeno mucho más amplio.

En realidad, el agua presenta decenas de propiedades sorprendentes, como una capacidad térmica anormalmente alta en comparación con líquidos similares. Desde hace décadas, los científicos piensan que estas anomalías podrían tener un origen común: a escala molecular, el agua sería en realidad dos líquidos distintos que se interconvierten permanentemente.


Esta hipótesis, denominada "de dos estados", postula la existencia de una forma densa y una forma menos densa del agua, que coexisten y se convierten una en la otra. Demostrar su existencia es extremadamente difícil, ya que la transformación es tan rápida y sutil que escapa a las mediciones clásicas. Pero un equipo de investigadores, gracias a la inteligencia artificial, acaba de dar un paso importante al aportar la primera prueba molecular directa de este fenómeno, según informan en Nature Physics.

Para lograrlo, el equipo dirigido por Xiao Cheng Zeng recurrió a un enfoque innovador: el aprendizaje profundo no supervisado. En lugar de buscar patrones definidos de antemano, la IA fue entrenada para analizar la dinámica molecular que involucra cientos de miles de moléculas de agua. Al extraer las variables más relevantes, identificó cómo una molécula de agua pasa de una estructura densa a una estructura suelta, y viceversa. Este método permitió cartografiar el proceso en un tiempo récord, donde los enfoques tradicionales habrían requerido años.

Los resultados revelan que la conversión entre las dos formas sigue dos caminos distintos. La mayoría de las veces, sigue una trayectoria con una sola barrera de energía que superar. Pero cerca de la frontera donde los dos estados coexisten —un umbral similar al que existe entre el hielo y el agua líquida— las moléculas pueden tomar un camino más largo, que presenta tres barreras sucesivas. Este descubrimiento explica por qué el agua parece cambiar de comportamiento en condiciones extremas, por ejemplo, cuando está sobreenfriada.

Estos resultados no se limitan a validar una hipótesis de treinta años de antigüedad. También podrían ayudar a comprender numerosas propiedades del agua, como su densidad anómala, su viscosidad o su capacidad térmica. Al entender mejor la estructura molecular del agua, los investigadores esperan a largo plazo mejorar la modelización de las interacciones con sales, proteínas y medicamentos en solución, lo que tendría aplicaciones en farmacia y biología.

Pero aún queda camino por recorrer. Xiao Cheng Zeng y su equipo están desarrollando actualmente un modelo de aprendizaje automático más eficiente para confirmar estos resultados. El siguiente paso será validarlos experimentalmente, lo que requiere técnicas de medición extremadamente sensibles. Si estos trabajos prosperan, podrían desvelar uno de los mayores enigmas de la física: ¿por qué el agua es tan singular?