Comprobaci¨®n de unas ecuaciones de 1927

?Qu¨¦ tienen en com¨²n el calentamiento de los transbordadores espaciales en la atm¨®sfera, la depuraci¨®n de los gases en el tubo de escape de un coche y los procesos con catalizadores met¨¢licos? En todos ellos se produce la interacci¨®n de gases con una superficie met¨¢lica. La explicaci¨®n te¨®rica de c¨®mo la naturaleza gobierna estas interacciones fue elaborada en 1927 por los f¨ªsicos cu¨¢nticos Max Born y J. Robert Oppenheimer. Sin embargo, sus ecuaciones eran tan complejas que no se hab¨ªan podido comprobar experimentalmente en este tipo de problemas. Hasta ahora.

Dos equipos, uno holand¨¦s y otro espa?ol, han unido sus fuerzas para dar con una soluci¨®n a lo que en qu¨ªmica cu¨¢ntica se conoce como aproximaci¨®n adiab¨¢tica de Born-Oppenheimer. Se trata de una modelizaci¨®n b¨¢sica: para estudiar un sistema de ¨¢tomos gaseosos interaccionando con superficies s¨®lidas (gas-metal, por ejemplo) conviene simplificar las ecuaciones suponiendo que el movimiento de los electrones es independiente del movimiento de los n¨²cleos at¨®micos.

Que esta aproximaci¨®n sirviera para describir los casos reales estaba por ver. Primero, porque las ecuaciones necesitaban de potentes superordenadores para su resoluci¨®n. ?ste ha sido el trabajo del equipo de computaci¨®n de la Universidad de Leiden, que ha calculado las trayectorias con las que los ¨¢tomos de hidr¨®geno rebotan o se quedan adheridos al chocar contra una placa de platino. Segundo, porque hab¨ªa que configurar un dispositivo experimental que permitiera validar los c¨¢lculos. Aqu¨ª es donde ha entrado en acci¨®n el equipo del Laboratorio de Superficies de la Universidad Aut¨®noma de Madrid. Los experimentos han sido dirigidos por Daniel Far¨ªas, quien explica: "Hemos utilizado un equipo de haces moleculares, ¨²nico en el mundo, que eyecta un chorro de hidr¨®geno sobre una placa de platino en condiciones bien definidas". El resultado conjunto valida la aproximaci¨®n adiab¨¢tica de Born-Oppenheimer como una buena descripci¨®n de los sistemas reales

La importancia del descubrimiento, que se publica en Science, es doble, dice Far¨ªas: "Se da un nuevo impulso al ¨²nico m¨¦todo de c¨¢lculo disponible, dentro de la mec¨¢nica cu¨¢ntica, para sistemas gas-metal; adem¨¢s, muchas de las reacciones qu¨ªmicas industriales van a poder ser optimizadas. Un buen ejemplo es la producci¨®n de amoniaco, fundamental para la obtenci¨®n de fertilizantes. En la actualidad se estima que el 1% de la energ¨ªa mundial se gasta en producir amoniaco". Comprender los vericuetos del proceso puede ayudar a rentabilizarlos energ¨¦ticamente. Otra utilidad ser¨¢ en las pilas de hidr¨®geno.