La colaboración en la que han participado los investigadores del Departamento de Física de la Universidad de Murcia (UMU) Pablo de Vera y Rafael Garcia-Molina, ha demostrado que el estado del agua (sólido, líquido o gaseoso) influye directamente en cómo los protones —partículas muy abundantes en el universo— pierden energía al atravesar esta sustancia.

El trabajo, publicado en la prestigiosa revista Physical Review Letters y destacado por sus editores como investigación de especial interés, tiene aplicaciones en dos ámbitos de gran impacto: la lucha contra el cáncer y la evolución química de cuerpos estelares, como cometas.

Esta cuestión resulta clave para tratamientos de radioterapia frente al cáncer como la protonterapia, que emplea haces de protones para eliminar el tumor, en lugar de rayos X. Pero también ayudará a entender cómo interacciona la radiación cósmica con la atmósfera de la Tierra o el impacto del viento solar sobre grandes bloques de hielo que se encuentran en el sistema solar, tales como lunas o cometas.

La fase del agua marca la diferencia

Hasta ahora, se desconocía con exactitud cómo afectaba el estado físico del agua cuando se frenan los protones que inciden sobre esta sustancia. El nuevo modelo teórico, publicado en Physical Review Letters y desarrollado por un consorcio de investigadores de Brasil, Australia y España, ha permitido calcular con gran precisión el llamado poder de frenado (la cantidad promedio de energía que pierde un proyectil por unidad de camino recorrido) del hielo, agua líquida y vapor en un amplio rango de velocidades de los protones.

El hallazgo principal es claro: el agua líquida y el hielo amorfo frenan protones de la misma manera cuando se comparan a densidades equivalentes. Este resultado abre la puerta a usar el hielo como sustituto en experimentos donde trabajar con agua líquida resulta complicado, lo que supone un gran avance para la investigación en biomedicina y en astrofísica.

"Hasta ahora, las dificultades asociadas a realizar experimentos de frenado de protones en líquidos volátiles, como el agua líquida, había impedido conocer con precisión cómo estas partículas pierden energía. Saber que el hielo amorfo puede reemplazar al agua líquida en estos estudios nos da una herramienta muy valiosa", explica Pablo de Vera, profesor del Departamento de Física de la UMU. "Estos resultados contribuirán a mejorar los cálculos de dosis en protonterapia, así como la comprensión de cómo la radiación cósmica interactúa con hielos en el espacio", añade el profesor Rafael Garcia-Molina del Departamento de Física de la UMU.

La relevancia del trabajo ha llevado a los editores de una de las revistas de física más prestigiosas del mundo a destacarlo como "Sugerencia de los Editores", un reconocimiento reservado a investigaciones de especial interés.