El agua se expande al congelarse, una rareza que la convierte en un caso atípico entre los líquidos. Ahora, científicos en Japón han usado inteligencia artificial para desentrañar por qué el agua se comporta de manera tan extraña, especialmente cuando se sobreenfría muy por debajo de su punto de congelación.
Investigadores de la Universidad de Osaka entrenaron un modelo de IA con simulaciones por computadora de moléculas de agua. El sistema evaluó 16 formas diferentes de describir la estructura microscópica del agua e identificó cuáles distinguen mejor entre dos estados líquidos en competencia. Los hallazgos aparecieron en Communications Chemistry.
El agua sobreenfriada esconde dos formas en competencia
El agua puede permanecer líquida incluso después de bajar de los 0 grados Celsius si no hay impurezas o superficies rugosas que activen la formación de hielo. Este estado se llama agua sobreenfriada, y sus propiedades extrañas se vuelven aún más extremas.
Los científicos creen que el agua sobreenfriada existe como un equilibrio entre dos formas: líquido de alta densidad (HDL) y líquido de baja densidad (LDL). A nivel molecular, las moléculas de agua forman y rompen constantemente enlaces de hidrógeno. A medida que la temperatura sube, las estructuras HDL más compactas se vuelven dominantes sobre las disposiciones LDL abiertas.
La IA resuelve un largo debate sobre la medición
Durante años, los investigadores propusieron muchas formas de describir la disposición local de las moléculas de agua, incluyendo el orden de enlace tetraédrico y la densidad local. Estos descriptores estructurales se desarrollaron de forma independiente, usando diferentes escalas y dimensiones, lo que hacía casi imposible la comparación directa.
Estudios previos mostraron que el aprendizaje automático puede clasificar y entender datos estructurales de manera efectiva. El equipo de Osaka incorporó específicamente una red neuronal para evaluar qué descriptores capturan las características más importantes de la estructura del agua. El sistema de IA proporcionó un marco unificado para comparar estos modelos en competencia.
La gente local en Osaka y en todo Japón se ha enorgullecido durante mucho tiempo de las contribuciones del país a la ciencia fundamental. El agua es esencial para la vida y la industria, y entender su comportamiento a nivel molecular podría influir en campos que van desde la modelización climática hasta la ciencia de materiales.
Una visión más clara del líquido más misterioso de la naturaleza
La capacidad de la IA para clasificar descriptores estructurales les da a los científicos una herramienta confiable para estudiar los estados líquidos duales del agua. Esto no resuelve todos los misterios sobre el agua, pero proporciona una forma consistente de comparar métodos de investigación que antes eran incompatibles. El trabajo acerca al campo a una comprensión unificada de cómo la estructura microscópica del agua impulsa sus rarezas macroscópicas.
