FÍSICA | Mecánica cuántica

Comprobación de unas ecuaciones de 1927

¿Qué tienen en común el calentamiento de los transbordadores espaciales en la atmósfera, la depuración de los gases en el tubo de escape de un coche y los procesos con catalizadores metálicos? En todos ellos se produce la interacción de gases con una superficie metálica. La explicación teórica de cómo la naturaleza gobierna estas interacciones fue elaborada en 1927 por los físicos cuánticos Max Born y J. Robert Oppenheimer. Sin embargo, sus ecuaciones eran tan complejas que no se habían podido comprobar experimentalmente en este tipo de problemas. Hasta ahora.

Dos equipos, uno holandés y otro español, han unido sus fuerzas para dar con una solución a lo que en química cuántica se conoce como aproximación adiabática de Born-Oppenheimer. Se trata de una modelización básica: para estudiar un sistema de átomos gaseosos interaccionando con superficies sólidas (gas-metal, por ejemplo) conviene simplificar las ecuaciones suponiendo que el movimiento de los electrones es independiente del movimiento de los núcleos atómicos.

Que esta aproximación sirviera para describir los casos reales estaba por ver. Primero, porque las ecuaciones necesitaban de potentes superordenadores para su resolución. Éste ha sido el trabajo del equipo de computación de la Universidad de Leiden, que ha calculado las trayectorias con las que los átomos de hidrógeno rebotan o se quedan adheridos al chocar contra una placa de platino. Segundo, porque había que configurar un dispositivo experimental que permitiera validar los cálculos. Aquí es donde ha entrado en acción el equipo del Laboratorio de Superficies de la Universidad Autónoma de Madrid. Los experimentos han sido dirigidos por Daniel Farías, quien explica: "Hemos utilizado un equipo de haces moleculares, único en el mundo, que eyecta un chorro de hidrógeno sobre una placa de platino en condiciones bien definidas". El resultado conjunto valida la aproximación adiabática de Born-Oppenheimer como una buena descripción de los sistemas reales

La importancia del descubrimiento, que se publica en Science, es doble, dice Farías: "Se da un nuevo impulso al único método de cálculo disponible, dentro de la mecánica cuántica, para sistemas gas-metal; además, muchas de las reacciones químicas industriales van a poder ser optimizadas. Un buen ejemplo es la producción de amoniaco, fundamental para la obtención de fertilizantes. En la actualidad se estima que el 1% de la energía mundial se gasta en producir amoniaco". Comprender los vericuetos del proceso puede ayudar a rentabilizarlos energéticamente. Otra utilidad será en las pilas de hidrógeno.

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