Cuasicristales, osad¨ªa, tes¨®n y belleza

Belleza es sin¨®nimo de simetr¨ªa, de orden, y de eso va la cristalograf¨ªa. Los cristales no son otra cosa que apilamientos ordenados de pedacitos id¨¦nticos de materia (¨¢tomos, mol¨¦culas, macromol¨¦culas ...). No vemos ese orden ¨ªntimo porque esos pedacitos de materia son demasiado peque?os para nuestros ojos, e incluso para nuestros microscopios, pero podemos reconocer el resultado de ese orden regular en las subyugantes y angulosas formas externas de los cristales. Y podemos notarlo a diario por las propiedades derivadas de ese orden interno: en alimentos que comemos, en medicinas que tomamos, en dispositivos tecnol¨®gicos que usamos, o en los huesos que nos mantienen erguidos. Casi todo est¨¢ basado en cristales.

?Cu¨¢ntos tipos de cristales existen? Es decir, ?de cuantas formas distintas puede ordenarse la materia? Aunque parezcan ilimitadas, lo cierto es que son muy pocas las opciones para rellenar ordenadamente un espacio repitiendo peri¨®dicamente una misma pieza. Por ejemplo, si queremos rellenar una superficie lo podemos hacer con rect¨¢ngulos, con tri¨¢ngulos, con cuadrados o con hex¨¢gonos, pero no con pent¨¢gonos. Por eso no venden losetas pentagonales, o si las venden, se combinan con los rombos necesarios para rellenar los inevitables huecos entre pent¨¢gonos. Desde el siglo XIX, la cristalograf¨ªa goza de una preciosa demostraci¨®n de que hay ¨²nicamente 17 formas distintas de alicatar una superficie, formas que se pueden disfrutar visitando la Alhambra, ya que eran conocidas por los ge¨®metras ¨¢rabes. Y tambi¨¦n se demuestra que s¨®lo existen 230 formas distintas de empaquetar peri¨®dicamente un volumen con unidades id¨¦nticas. Ni una m¨¢s, ni una menos.

Los cristal¨®grafos comprobamos ese orden cuando iluminamos un cristal con un haz de electrones, neutrones o rayos X. Entonces el cristal genera (difractando la luz) bellas constelaciones de puntos que muestran la simetr¨ªa del ordenamiento. Y siempre esas constelaciones coinciden, como manda la teor¨ªa, con una de las 230 formas distintas de empaquetamiento. Siempre con simetr¨ªa de orden uno, dos, tres, cuatro o seis. Nunca con ejes de rotaci¨®n de orden cinco, ni m¨¢s de seis.

Hace 29 a?os, durante una estancia sab¨¢tica en Estados Unidos, el israel¨ª Daniel Shechtman realizaba uno m¨¢s de los estudios de difracci¨®n que se hacen a diario, cuando observ¨® que su constelaci¨®n de puntos ten¨ªa una simetr¨ªa de orden cinco: ?pent¨¢gonos! Un cient¨ªfico que no mereciera un Nobel habr¨ªa pensado que hab¨ªa cometido un error, y se hubiera olvidado de ello. Dan Shechtman no. Lo revis¨® una y otra vez y se lo cont¨® a sus colegas de laboratorio. Ellos le dijeron que eso era imposible y que ¨¦l deber¨ªa saberlo. Repiti¨® los experimentos, comprob¨® una y otra vez los resultados y trat¨® de publicarlos sin ¨¦xito. Los public¨® dos a?os despu¨¦s con ayuda de otros colegas.

Les asaetearon con duras cr¨ªticas, incluyendo la de cristal¨®grafos y qu¨ªmicos tan excelsos como Linus Pauling, dos veces laureado con el Nobel. ?C¨®mo iba a ser err¨®nea una teor¨ªa cerrada y probada durante m¨¢s de un siglo! Le result¨® dif¨ªcil seguir investigando, pero no cej¨® en el empe?o.

M¨¢s tarde, otros colegas descubrieron muchos m¨¢s casos similares que tambi¨¦n romp¨ªan la simetr¨ªa can¨®nica de la cristalograf¨ªa. La explicaci¨®n estaba en algo que los matem¨¢ticos hab¨ªan encontrado unos a?os antes: que las superficies y los vol¨²menes pueden rellenarse completamente siguiendo pautas regulares pero no necesariamente, peri¨®dicamente perfectas. Por ejemplo, pueden hacerlo con simetr¨ªa de dilataci¨®n, siguiendo pautas como la serie de Fibonacci, ligada al famoso n¨²mero de oro, para algunos el canon geom¨¦trico de belleza.

Lo que Shechtman hab¨ªa encontrado eran los primeros materiales que -contra todo pron¨®stico- estaban ordenados cuasi peri¨®dicamente, es decir, los cuasicristales. Ya se le busca a este descubrimiento aplicaciones como materiales antiadherentes, aislantes y en la fabricaci¨®n de aceros de alta tecnolog¨ªa. Pero eso cuenta poco en este caso. Lo que importa es que la tenacidad de este israel¨ª ha roto una teor¨ªa considerada cerrada, intachable e intocable, mostrando que a¨²n le queda larga vida a la cristalograf¨ªa y que el mundo que tenemos ah¨ª afuera, cada vez se revela menos discreto, menos compartimentado y clasificable y m¨¢s continuo de lo que parec¨ªa.

Este Nobel de Qu¨ªmica es un premio a la mera curiosidad, el motor de todo descubrimiento. Y tambi¨¦n una llamada de atenci¨®n para los j¨®venes cient¨ªficos. Como el propio Shechtman aconseja, "si encuentras algo radicalmente nuevo, defi¨¦ndelo". Te llover¨¢n las cr¨ªticas, y ser¨¢n m¨¢s duras cuanto m¨¢s heterodoxo sea tu hallazgo. Si est¨¢s en lo cierto, al final te dar¨¢n la raz¨®n. Y si no, todos habremos aprendido mucho en el camino.

Juan Manuel Garc¨ªa Ruiz es investigador del CSIC y director del Master on Crystallography and Crystallization del CSIC y la Universidad Internacional Men¨¦ndez Pelayo.