¿Se puede medir la masa de los átomos?

A finales del pasado siglo XX no existían, ni por asomo, balanzas capaces hacerlo. De hecho, ni siquiera se podían determinar con ellas masas de nanoobjetos.

Es decir, de partículas de masa inferior a la milmillonésima parte de un gramo.

Lo que puesto en notación decimal sería 0,000 000 001 g y en notación científica 10^-9 g. Mucho menos las masas de los átomos, que rondan los 10^-21 g.


Como ven, algo demasiado lejos de sus posibilidades. Pero con la llegada del siglo XXI, las cosas cambiaron espectacularmente.

Ya a mediados de 2006, un grupo del investigadores del Instituto Tecnológico de California idearon un ingenio consistente en unos puentes elaborados con hilos de silicio (Si), por los que circula corriente eléctrica y que permiten determinar masas del orden de siete zeptogramos (1 zg = 10-21 g).

Para que se hagan una idea, aproximadamente treinta átomos de xenón (Xe), tienen de masa de 7 zg. Como ven espectacular.

Pero la cosa no ha quedado ahí. En el 2008, un grupo de investigadores del CIN2 desarrolló un nuevo sensor de masa. Éste puede medir pequeñas cantidades de dicha magnitud, a nivel atómico, con una resolución inédita hasta la fecha. Nada menos que de sólo un zeptogramo (1 zg).

Tecnología de nanotubos

El ingenio se basa en un nanotubo de carbono (estructuras formadas por moléculas de carbono) que está fijado por ambos extremos a dos electrodos, y que funciona como un resonador mecánico con una frecuencia de resonancia determinada.

Simplificando viene a ser como si fuera una cuerda de guitarra que vibra con un golpe.

Al lanzar los átomos que queremos pesar hacia el nanotubo, éstos quedan adheridos a su superficie, lo que hace aumentar su masa y, por ende, reducir así su frecuencia de resonancia.

Es a partir de esta variación de la frecuencia como se puede deducir la masa de los átomos adheridos. Ingenioso.

De esta manera se pueden determinar masas de hasta 25 zg, si trabajamos a temperatura ambiente. Pero si enfriamos hasta los cinco kelvin (5 K), o sea, doscientos sesenta y ocho grados Celsius bajo cero (-268,15 ºC), entonces la resolución mejora hasta 1,4 zg.

Con esta resolución se puede detectar la masa de proteínas u otras moléculas con una resolución atómica. También serviría para monitorizar tanto reacciones nucleares (RN) en átomos individuales, como reacciones químicas (RQ) en moléculas biológicas.

La nanotecnología es una de las disciplinas científicas que más rápidamente está avanzando en los últimos años.

Y una punta de lanza en la superación de retos. Uno de ellos es disponer de un sensor de masa capaz de trabajar a nivel subatómico.

No son pocos los que esperan conseguir en un futuro cercano una resolución de 0,001 zg, es decir la masa de un núcleo. Mucho conseguir parece eso.

Pero ya veremos en qué queda.