Termoluminiscencia de ultradiluciones de cloruro de litio y cloruro de sodio

Resumen
Diluciones ultradiluidas de cloruro de litio y cloruro de sodio (10-30 g cm-3) han sido irradiadas con rayos X y rayos gamma a 77 K, y luego progresivamente se vuelven a calentar hasta la temperatura ambiente. Durante esa fase, se ha estudiado su termoluminiscencia y se constató que, a pesar de que la dilución estaba por debajo del número de Avogadro, la luz emitida era específica de las sales disueltas al principio.


1.Introducción
La luminiscencia estimulada térmicamente, que se denomina muy a menudo termoluminiscencia, es un fenómeno bien conocido entre los procesos de estimulación térmica (la estimulación térmica genera una mayor emisión de electrones, medido por el análisis térmico y por la calorimetría de exploración, etc). Su aspecto teórico y sus aplicaciones se han desarrollado mucho, entre otros por MacKeever (1), Chen (2) y Visocekas (3), demostrando ser una herramienta muy interesante para estudiar la estructura de los sólidos, principalmente de la formación de los cristales. Para tal fin, el material de estudio se "activa" a baja temperatura, generalmente por energía radiante (rayos UV, rayos X, rayos gamma, haces de electrones, neutrones, y otras partículas), que crea pares electrón-huecos que quedan "atrapados" por separado en diferentes niveles de energía. Entonces, a medida que se calienta el material irradiado se produce la disipación de la energía acumulada, de modo que los electrones que estaban atrapados se mueven y se recombinan. Se produce un brillo característico de alta frecuencia, que depende de la profundidad de la trampa inicial. Generalmente se observa este fenómeno en los cristales ordenados, aunque también puede ser observado en materiales con menos orden, por ejemplo en el vidrio (2). En este mecanismo, las imperfecciones de la estructura juegan un papel muy importante, pues son los lugares donde se observa la luminiscencia. Por lo tanto, la termoluminiscencia es un buen método para estudiar las imperfecciones y para entender cómo aparecen en el cristal.
Esto es lo que hemos encontrado en nuestras investigaciones desde el comienzo, cuando los líquidos eran convertidos en sólidos estables mediante enfriamiento. Trabajando fundamentalmente con agua -principalmente óxido de deuterio- hemos demostrado que la luminiscencia de los cristales exagonales del hielo presentaba dos picos importantes -pico 1 cerca de 120 K y pico 2 cerca de 166 K-(fig.1) con un espectro de emisión bien definido (fig.2), las muestras de D2O (deuterio) daban una señal más alta que las de H2O. En ambos casos, las muestras no irradiadas no dieron señales de ningún tipo. Por lo tanto el deuterio y el agua mostraron por igual que la intensidad relativa de la emisión de luz era una termoluminiscencia que dependía de la dosis de irradiación y que, al menos en el pico 2, mostraba un máximo entre 1 y 10 kGy (fig.3).

En cuanto a la hipótesis sobre la naturaleza de la emisión en sí, Teixeira ha sugerido (6) que el pico 2 podría estar en relación con la estructura del enlace de hidrógeno en el hielo que, a su vez, podría proceder de la estructura original del líquido, mientras que el pico 1 parece estar estrechamente relacionado con la molécula. En realidad, en una sustancia muy diferente como la formamida, que también presenta enlaces fuertes de hidrógeno, nuestros experimentos mostraron un brillo similar al observado en la zona del pico 2 (fig.4), lo que refuerza nuestro punto de vista sobre la participación de los enlaces de hidrógeno en este mecanismo.

Para desarrollar esta idea con más profundidad, se ha seleccionado el efecto de la termoluminiscencia en el cloruro de litio irradiado con óxido de deuterio, ya que esta sustancia en particular es conocida por romper los enlaces de hidrógeno. El resultado, de hecho, es espectacular y, a la relativamente baja concentración de 0.1 M el pico 2 desaparece totalmente (fig. 5), mientras que la emisión del pico 1 queda prácticamente sin cambios.

En este punto pensamos que sería interesante poder impugnar la teoría según la cual hay "estructuras" preexistentes en el líquido original, desarrolladas en torno a los productos químicos añadidos y que podrían mantenerse después de una gran cantidad de diluciones sucesivas cuando se hace bajo una fuerte agitación mecánica.

Para ello preparamos, por cortesía de los laboratorios BOIRON, diluciones ultradiluidas de cloruro de litio y cloruro de sodio mediante diluciones sucesivas en centésimas, todo ello realizado mediante una agitación mecánica vigorosa (inicialmente 1 g. en 100 cm3, a continuación 1 cm3 de esta dilución en 99 cm3 de D2O puro (óxido de deuterio)… y así sucesivamente) hasta llegar -teóricamente- en la dilución 15 a una concentración de 10-30 g por cm-3. Una muestra de referencia de óxido de deuterio se preparó también de acuerdo con esta técnica, manteniendo una vigorosa agitación (150 golpes/7.5 s en cada etapa de la sucesiva "dilución").

Procedimos, por tanto, a la "activación" de estos materiales por irradiación según el protocolo experimental siguiente.


2. Experimento
Un centímetro cúbico de cada solución se coloca en cavidades de aluminio de 20 mm de diámetro y 2 mm de profundidad, y se congela a -20ºC en un bloque metálico frío. La congelación se mantiene a -20ºC durante 24 horas para conseguir estabilidad en su patrón de cristalización y finalmente se sumergen en nitrógeno líquido durante 24 horas a -196ºC.
En una primera serie de experimentos los discos de hielo congelados son irradiados a 77 K con 100 kV de rayos X hasta conseguir una dosis de 0.4 kGy (30 min). Se realizaron determinaciones previas para comprobar que los discos que tenían la misma posición en el campo, recibieran la misma dosis (la dosimetría se realizó con Harwell, FWT, y dos´´imetros de alanina). Después de la irradiación las muestras "activadas" se trasladan a un contenedor de nitrógeno líquido y se mantienen allí durante una semana, para igualar cualquier pequeña diferencia que pudiera existir entre ellas.

Por último, todas las muestras se colocan en el equipo de termoluminiscencia y sus resplandores respectivos son grabados con un fotomultiplicador y una cámara CCD conectada a un espectógrafo a medida que se produce el calentamiento (3ºC por minuto) entre 77 y 213 K, como ya se hizo en otras pruebas experimentales anteriormente publicadas.


3. Resultados
Para sorpresa nuestra, los resultados experimentales presentan, sin ningún tipo de ambigüedad, que para una dosis de rayos X de 0:4 kGy la termoluminiscencia de las tres muestras fue sustancialmente diferente (fig.6). En la reproducción posterior de estos experimentos se obtuvieron idénticos resultados.

Si comparamos las curvas obtenidas en las tres muestras de la luz emitida, y tomando como referencia el pico 1, obtenemos para el pico 2 distintas curvas, que se pueden observar en la figura 7, mostrándose con toda claridad que la adición inicial de un soluto (ClNa o ClLi) en óxido de deuterio, deja una huella permanente, incluso aunque se realicen multitud de diluciones con fuerte agitación, donde todo rastro de soluto ha desaparecido.


Referencias
[1] S.W.S. McKeever, Thermoluminescence of Solids, Cambridge University Press, Cambridge, 1985,
pp. 1–376.
[2] R. Chen, S.W.S. McKeever, Theory of Thermoluminescence and Related Phenomena, World Scienti-c, Singapore, 1997, pp. 1–559.
[3] R. Visocekas, Nucl. Tracks Radiat. Meas. 14 (1988) 163.
[4] L.R. Rey, Low temperature thermoluminescence, Nature 391 (1988) 418.
[5] L.R. Rey, Thermoluminescence de la glace, C.R. Physique 1 (2000) 107–110.
[6] J. Teixeira, Personal communication, 1998.

Autor: Louis Rey, físico y biólogo suizo.
Publicado en Physica A: Statistical mechanics and its applications, Vol. 323, 67-74, DOI 10.1016/S0378-4371(03)00047-5 (2003).
Para ver las figuras ir al artículo original, en el enlace siguiente.
Original paper: http://www.homeopathy.org/research/basic/Rey.pdf
Fuente: http://noticiasdeabajo.wordpress.com/2011/02/24/termoluminiscencia-de-ultradiluciones-de-cloruro-de-litio-y-cloruro-de-sodio/
Another related paper of the same author: Can low-temperature thermoluminescence cast light on the nature of ultra-high dilutions?