Una investigación internacional en el campo de la física molecular ha aportado la evidencia computacional más sólida hasta la fecha de que el agua líquida no es una sustancia estructuralmente homogénea. Mediante el uso de algoritmos de inteligencia artificial (IA) no supervisada para analizar simulaciones moleculares, el equipo de científicos logró mapear la dinámica de las moléculas de agua, demostrando que el fluido coexiste como una mezcla constante de dos configuraciones o estados líquidos diferenciados: un “líquido de alta densidad” (HDL, por sus siglas en inglés), caracterizado por un ordenamiento molecular denso y localmente desordenado, y un “líquido de baja densidad” (LDL), que presenta una estructura más abierta, geométrica y ordenada. Ambos estados intercambian sus configuraciones de manera continua a escalas de tiempo extremadamente cortas.
Demostrar de forma empírica la presencia de estas dos fases líquidas había sido uno de los mayores desafíos de la física moderna debido a las fluctuaciones ultrarrápidas y la velocidad con la que los enlaces de hidrógeno se rompen y reforman (en el orden de los picosegundos). La aplicación de redes neuronales y machine learning no supervisado permitió clasificar los entornos locales de las moléculas sin introducir sesgos humanos previos. Los datos indican que este rápido intercambio molecular y la competencia termodinámica entre las estructuras HDL y LDL son las responsables directas de los comportamientos anómalos que distinguen al agua de la mayoría de los fluidos convencionales.
El hallazgo matemático y físico explica por qué el agua, a diferencia de casi todos los demás líquidos que aumentan su densidad y se contraen al enfriarse, alcanza su densidad máxima a los 4∘C y posteriormente comienza a expandirse a medida que se aproxima al punto de congelación de 0∘C. Esta transición hacia una estructura predominantemente de baja densidad (LDL) al disminuir la temperatura es el mecanismo físico exacto que provoca que el hielo sea menos denso que el agua líquida y, por lo tanto, flote. El mapeo preciso de estas fluctuaciones biestables no solo esclarece las propiedades del agua en condiciones extremas de presión y temperatura, sino que profundiza en la comprensión de cómo este compuesto mantiene el equilibrio térmico esencial para los procesos bioquímicos y la preservación de la vida en el planeta.
