El diamante es reconocido globalmente no solo por su valor en la industria de la joyería, que mueve miles de millones de dólares anualmente, sino por la poderosa carga simbólica de eternidad y permanencia que lo acompaña. Esta percepción se basa en una realidad física: es el mineral natural más duro que existe. Sin embargo, esta fama de invencibilidad tiene un límite físico bien definido. Bajo condiciones de presión extraordinaria y temperaturas que superan incluso las de la superficie del Sol, el diamante pierde su solidez y se funde.
Aunque la posibilidad de que el diamante pudiera fundirse ya era conocida por la comunidad científica, existían vacíos fundamentales sobre el proceso. Durante aproximadamente dos décadas, persistieron discrepancias significativas entre los resultados obtenidos en experimentos de laboratorio y las predicciones de las simulaciones computacionales. Este desajuste impedía una comprensión total de cómo se comporta el carbono en condiciones extremas.
Para resolver este enigma, un equipo de investigadores liderado por el físico Marius Millot, perteneciente al Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL), llevó a cabo un estudio recientemente publicado en la revista Nature Physics. El experimento se desarrolló en las instalaciones láser OMEGA de la Universidad de Rochester, donde los científicos comprimieron muestras diminutas de diamante utilizando ondas de choque. El objetivo era alcanzar presiones extremas, logrando niveles tres veces superiores a los que existen en el núcleo de la Tierra.
El proceso técnico fue sumamente complejo. El equipo utilizó láseres para vaporizar la capa exterior de las muestras de diamante, lo que generó ondas de choque capaces de comprimir el material a presiones situadas entre los 600 gigapascales y los 1,8 terapascales. El desafío principal no radicaba únicamente en crear estas condiciones, sino en medirlas. El estado extremo de la muestra duraba apenas una milmillonésima de segundo, un lapso infinitesimal en el que era necesario capturar datos precisos de densidad, reflectividad óptica, temperatura y difracción de rayos X. Millot ha señalado que estas mediciones fueron especialmente arduas debido a que el carbono, al ser un átomo ligero y pequeño, dispersa una señal de rayos X muy débil.
Los resultados de este estudio permiten resolver dos misterios que enfrentaban a la teoría y la práctica. En primer lugar, se ha logrado precisar la temperatura de fusión. Las nuevas mediciones sitúan este punto en torno a los 7.300 kelvin cuando la presión se acerca a un terapascal. Este dato es más de 1.000 grados inferior a las estimaciones previas y, por primera vez, se encuentra en sintonía con las simulaciones cuánticas más avanzadas. Anteriormente, la diferencia entre el laboratorio y la teoría rondaba el 20 %, un margen que las simulaciones no lograban cerrar.
En segundo lugar, el experimento abordó la posible existencia de una fase cristalina intermedia denominada BC8, que algunos trabajos previos sugerían aparecía antes de la fusión total. Sin embargo, las observaciones directas de la estructura atómica durante el proceso no detectaron una fase BC8 significativa. Mientras los rayos X detectaban material cristalino, los átomos mantenían la estructura propia del diamante. Según Millot, esto ocurre porque el choque único es tan rápido que no otorga tiempo suficiente para que la muestra se reorganice, quedando "atrapada" en su estructura original hasta fundirse.
Este avance científico tiene aplicaciones prácticas inmediatas en el campo de la energía de fusión. En la Instalación Nacional de Ignición del LLNL, se utilizan cápsulas de diamante para encerrar el combustible que es comprimido por láseres para intentar desencadenar la fusión nuclear. Hasta ahora, los ingenieros aplicaban un primer choque intenso para asegurar la fusión total del diamante. No obstante, el nuevo mapa de fusión sugiere que un choque más lento podría ser suficiente. Este ajuste mantendría el combustible más compresible y podría favorecer una implosión final más densa, lo que, según los modelos del equipo, podría llegar a triplicar la ganancia energética, siempre que se controlen otras pérdidas de rendimiento.
Finalmente, el estudio aporta datos cruciales para la astronomía y la geología planetaria. Desde la década de los ochenta, se ha teorizado que en el interior de Urano y Neptuno el carbono podría cristalizarse en diamantes y precipitar hacia el centro, un fenómeno descrito como "lluvia de diamantes". Dado que los experimentos de Millot alcanzaron presiones superiores a las previstas en el interior de estos gigantes helados, los nuevos datos proporcionan referencias más exactas para los modelos que buscan determinar en qué condiciones el diamante se mantiene estable o se funde en las profundidades de dichos planetas.
Cabe recordar que este trabajo se apoya en hallazgos previos, como los realizados hace veinte años por Jon Eggert y sus colegas del LLNL. Ellos fueron pioneros al observar que, bajo presiones enormes, el carbono líquido resultante de la fusión es más denso que el diamante sólido, un comportamiento análogo al del agua y el hielo, donde el sólido es menos denso y puede flotar sobre el líquido.
