FÍSICA

El hombre que crea copos de nieve idénticos

Kenneth G. Libbrecht lleva 20 años estudiando la formación de cristales de hielo y ha diseñado una técnica que le permite producir a la vez dos copos prácticamente iguales.

Dos de los copos indéticos creados por Libbrecht
Dos de los copos indéticos creados por Libbrecht Kenneth G. Libbrecht (Snowcrystals)

En los laboratorios del Instituto Tecnológico de California, bajo el intenso sol de Pasadena, hay un tipo que se pasa el día fabricando copos de nieve y mirándolos al microscopio. Kenneth G. Libbrecht lleva 20 años tratando de entender cómo se forman estos cristales y qué secretos esconde su geometría. El pasado verano, para sorpresa de quienes entienden la complejidad de estos procesos, el físico consiguió crear dos copos de nieve prácticamente idénticos, que crecen a la vez y con la misma simetría. "Sorprendentemente no fue muy difícil", explica a Next. "Simplemente hay que hacerlos crecer ni demasiado cerca ni demasiado lejos el uno del otro". 

"El proceso es prácticamente igual al que se produce en el interior de una nube" 

Durante las dos últimas décadas, Libbrecht ha desarrollado varias técnicas para obtener copos de nieve que luego fotografía y exhibe en su web Snowcrystals. Uno de los sistemas, nos cuenta, es llenar una cámara con aire muy frío e introducir vapor de agua para que empiecen a formarse los copos. "Entonces tengo un montón de cristales que dan vueltas por el aire mientras van creciendo", asegura. Después selecciona los que más le gustan y trabaja con ellos de forma individual, hasta escoger los más espectaculares. "El proceso es prácticamente igual al que se produce en el interior de una nube", explica, "son vapores de agua condensándose en un cristal". 

Hay cristales grandes, cuya formación puede llevar más de una hora, y cristales pequeños que se materializan en un par de minutos. Para conseguir una nucleación homogénea utiliza gas comprimido y acelera algunos procesos. Uno de los fenómenos más curiosos es que a distintas temperaturas se forman tipos de copos diferentes. "Esto es algo que se sabe desde hace 75 años pero no sabemos por qué sucede", indica. Ajustando la temperatura y la humedad, Libbrecht  puede manipular el diseño de los copos y fotografiar las distintas formas. A -10 C se crean flores de hielo planas, a -2 C aparecen cristales triangulares; si pone más humedad, les salen más brazos. 

A sus 57 años ha visto millones de copos y ha explorado sus formas simétricas desde todos los puntos de vista. Cuando comenzó en esto, confiesa, quería entender cómo crecían todos los cristales, pero se centró en el hielo por una razón: para su estudio no necesitaba mucho dinero. Aunque ha visto muchos cristales en la naturaleza, su verdadera pasión es hacerlos crecer de la nada y configurar las condiciones para que tengan determinada forma. "Puedo hacerlos más grandes y perfectos de los que he visto en la naturaleza", asegura. "Creo que me lo paso mejor haciéndolos en el laboratorio que encontrándolos fuera". 

A distintas temperaturas se forman tipos de copos diferentes  

Su logro más reciente, el de conseguir dos copos "idénticos" es todo un ejemplo de la importancia de las condiciones en los experimentos de laboratorio. Los coloca uno al lado del otro, a un par de milímetros entre sí, porque existe un punto crítico a partir del cual los copos se chocan o están en condiciones diferentes de humedad y temperatura. "Si los alejas no crecen en las mismas condiciones y si los acercas uno interfiere con el otro, tienen que estar a la distancia óptima", explica. Aun así, los dos cristales no son absolutamente iguales ni podrían serlo. "Si miras cuidadosamente verás que es imposible que haya dos cosas exactamente iguales - dos electrones son iguales, por ejemplo, pero nada más. En cosas más grandes siempre encuentras pequeñas diferencias. Me gusta llamarlos copos gemelos idénticos porque son como las personas gemelas idénticas, son muy parecidos, pero realmente no son perfectamente iguales".

Kenneth G. Libbrecht, en su laboratorio de Caltech

La fascinación por la simetría y belleza de los cristales de hielo viene de lejos.  En el año 135 d.C. el chino Han Yin se extrañaba por el hecho de que las plantas y las flores tuvieran una simetría en cinco puntas pero los copos tuvieran una simetría de seis. Hacia 1611, el astrónomo alemán Johannes Kepler paseaba por la ciudad de Praga cuando quedó fascinado por un poco de nieve en la solapa de su abrigo. "¡Por Hércules! Allí había algo más pequeño que una gota, pero dotado de forma", escribió en su obra Strena seu de nive sexangula(“El copo de nieve de seis ángulos”). Kepler sospechaba que determinadas formas geométricas, como los sólidos platónicos, subyacían en la formación de la materia. La nieve debía empaquetarse así, pensaba, por la forma en que se empaquetan las partículas que lo constituyen, aunque aún estaba muy lejos de conocer qué era el átomo y que la forma hexagonal se debe a la manera en que se estructuran las moléculas de H20 al formar el hielo.

Durante siglos, la simetría de los copos de hielo se convirtió en objeto de todo tipo de tratados y estudios y se crearon decenas de catálogos con ilustraciones con sus más bellas formas. En 1885, un fotógrafo llamado Wilson Bentley cosechó un gran éxito con sus fotografías de copos, todos perfectos y simétricos, que vendía en bellos catálogos. La polémica y el enfrentamiento se produjeron cuando el meteorólogo alemán Gustav Hellman, con la ayuda del fotógrafo Richard Neuhauss, comenzaron a  fotografiar cristales de nieve y descubrieron que de simetría, nada de nada. "Uno se había acostumbrado tanto a la regularidad matemática en la construcción de los copos que es un poco decepcionante no encontrarla", escribieron. Neuhauss acusó incluso a Bentley de falsificar la realidad para hacerla más bonita.

Los famosos copos fotografiados por Wilson Bentley

"Bueno, no tienes que ser científico para ver eso", explica Libbrecht, "con que salgas y veas la nieve vale; los copos no son simétricos en su mayoría. Chocan con otros cristales, el viento los rompe… Ocasionalmente consigues uno que es casi simétrico, y claro, siempre se elige ese para la foto, no coges el feo. Así que siempre fotografiamos ejemplos bonitos y no los otros". Precisamente, en la Universidad de Utah, el físico Tim Garrett busca más bien lo contrario. Su equipo ha desarrollado una técnica para fotografiar los copos en tres dimensiones en su estado natural, mientras caen. Sus imágenes son otra prueba de que la simetría es un artefacto que introducimos con nuestras observaciones. "Los copos casi nunca están formados por un único y simple cristal", asegura. "Más bien experimenta una especie de 'escarchamiento', cuando millones de gotas de agua colisionan con el copo y se congelan en su superficie. O chocan y forman agregados".

Imagen: Tim Garrett, Universidad de Utah

Su sistema, bautizado como Cámara de copos multiángulo”, está pendiente de patente e incluye tres cámaras de alta velocidad y dos sensores de movimiento que permiten congelar los copos mientras caen. Garrett tiene muy claro que las fotografías típicas de copos, sobre el cristal, perfectamente enfocadas y con la luz ideal, no reflejan la realidad del fenómeno en la naturaleza. Pero eso sí, reconoce, aunque no sean simétricos “los copos son fascinantes y no hay dos verdaderamente iguales entre sí”. Por eso el trabajo de Libbrecht es tan interesante: muestra que por muy controladas que estén las condiciones dentro de un espacio, una distancia de apenas 1 mm produce cambios que alteran algo tan delicado como la formación de un cristal. ¿La utilidad?  La verdad es que le da un poco igual, porque su último objetivo es entender el proceso por el que se forman los cristales. "Es investigación básica", matiza, "pero de alguna forma hago esto simplemente por lo bonito que es". Y nos recuerda que él simplemente es “una de esas personas a las que les gusta abrir las cosas y ver cómo funcionan”.

Más info: Identical twin snowflakes(SnowCrystals.com)



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