¿Cuántas moléculas de H2O se necesitan para formar agua líquida?

Dibujo20131103 structure of liquid water - predictions by laws of physics Nadie sabe la respuesta, pero parece evidente que debe ser un número finito de moléculas. Jeong-Hyuck Park (DAMTP, Univ. Cambridge, GB) ha calculado por ordenador, gracias a una analogía con un gas ideal de bosones, que en una caja cúbica se requieren 7.616 moléculas de agua y en un caja esférica 10.458. Conforme el número de moléculas en un gas a presión constante crece se produce una transición de fase que el autor considera que está asociada a la “emergencia” del concepto de agua. Para caracterizar una transición de fase entre dos fases se utiliza un diagrama que presenta la temperatura en función de la composición de ambas fases, la llamada descomposición espinodal; Park ha calculado el número de moléculas de agua para que aparezca un cambio brusco en la curva espinodal del sistema de bosones. El autor propone que este cambio es una característica genérica de las transiciones de fase líquido-gas, es decir, que la ebullición es un fenómeno emergente y puede ser calculada ab initio utilizando los principios básicos de la física estadística. Futuros estudios tendrán que refinar estos números y estudiar en detalle la dependencia con la forma del volumen que contiene el gas de bosones y las condiciones de contorno utilizadas (Dirichlet en este caso). El artículo técnico es Jeong-Hyuck Park, “How many is different? Answer from ideal Bose gas,” arXiv:1310.5580 [cond-mat.stat-mech], 21 Oct 2013. El artículo que realizó el cálculo es Jeong-Hyuck Park, Sang-Woo Kim, “Thermodynamic instability and first-order phase transition in an ideal Bose gas,” Phys. Rev. A 81: 063636, 2010. Sigue leyendo

Publicado en Science: Medida por primera vez la velocidad instantánea de una partícula en movimiento browniano

Albert Einstein, hace un siglo, pensaba que era imposible medir la velocidad elocidad instantánea de partículas en movimiento browniano. El físico Mark Raizen de la Universidad de Texas en Austin, EEUU, y su grupo han logrado por primera vez dicha medida y, como no, lo han publicado en Science. El resultado confirma, como es de esperar, predicción teórica de Einstein (realizada en 1907). Raizen y su grupo han logrado demostrar experimentalmente el teorema de equipartición de la energía para partículas en movimiento browniano, uno de los principios fundamentales de la mecánica estadística (el teorema afirma que la velocidad cinética de estas partículas depende sólo de la temperatura y no de su forma, tamaño o masa).

Nos lo cuentan en “Instantaneous Velocity in Brownian Particles Observed, a Century After Einstein Said It Would Be Impossible,” ScienceDaily, May 20, 2010. El artículo técnico es Tongcang Li, Simon Kheifets, David Medellin, Mark G. Raizen, “Measurement of the Instantaneous Velocity of a Brownian Particle,” Science Express, Published Online May 20, 2010 (todavía no está disponible en ArXiv, pero pronto lo estará). Recientemente, también se ha publicado en ArXiv un artículo que presenta el mismo logro (que en los agradecimientos menciona al propio Raizen), en concreto Rongxin Huang, Branimir Lukic, Sylvia Jeney, Ernst-Ludwig Florin, “Direct observation of ballistic Brownian motion on a single particle,” ArXiv, Submitted on 9 Mar 2010.