Se aplican leyes muy extrañas cuando el agua fluye a través de un nanotubo de carbono. Según un informe de un equipo dirigido por Nikita Cavukin de la Universidad de la Sorbona en París, se produjo en él una fricción cuántica previamente desconocida, y sus efectos son completamente inconsistentes con la experiencia cotidiana. Los materiales en el exterior del tubo afectan la fricción en el interior. En lugar de fluir más fácilmente a través de un orificio grande que a través de uno más pequeño, el agua se comporta exactamente de manera opuesta con algunos nanotubos de carbono: cuanto mayor es la abertura, mayor es la resistencia. Como escribe ahora el personal en “Nature”, la razón es el efecto mecánico cuántico. Los estados de electrones en los nanotubos de carbono resuenan con las oscilaciones colectivas de las moléculas de agua, ralentizándolas.
El extraño comportamiento que ha desconcertado a los expertos durante años ocurre en los nanotubos de carbono de paredes múltiples, ya que los tubos cada vez más grandes se envuelven entre sí como cáscaras de cebolla. Los experimentos realizados en los últimos años han demostrado que cuando el agua fluye a través de un nanotubo de carbono, la fricción es muy baja. Debido a que la pared es tan lisa y tan dura, las moléculas pierden muy poca energía a través de las colisiones. Sin embargo, los mismos experimentos también han demostrado que la fricción aumenta cuando aumenta el diámetro de los tubos, un resultado que a primera vista parece completamente absurdo. En verdad, sin embargo, la fricción clásica muy baja es parte de la explicación, ya que significa que los efectos cuánticos débiles tienen efectos observables.
Para explicar estos efectos, el equipo de Kavukin desarrolló una teoría cuántica de la interacción entre sólidos y líquidos. Describe las interacciones entre los estados cuánticos en los materiales en cuestión y explica, entre otras cosas, por qué la fricción entre el agua y el grafito es mayor que entre el agua y la capa única de grafeno. Como escribe el grupo de trabajo, estos efectos ocurren porque los plasmones, que son estados vibratorios de electrones que se mueven libremente, en el grafito tienen energías similares a los estados vibratorios colectivos de las moléculas de agua vecinas. Es por eso que pueden emparejarse e intercambiar energía, lo que se observa como fricción.
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