Ya conocen al sexto estado de la materia ....interesante verdad

Hay por lo menos seis: sólidos, líquidos, gases, plasmas, condensados Bose-Einstein, y una nueva forma de materia llamada “condensado fermiónico”, recién descubierta por investigadores financiados por la NASA.
La quinta forma, el condensado Bose-Einstein (BEC), descubierto en 1995, aparece cuando los científicos enfrían unas partículas llamadas bosones hasta alcanzar temperaturas muy bajas. Los bosones fríos se unen para formar una única súper-partícula que es más parecida a una onda que a un ordinario pedazo de materia. Los BECs son frágiles, y la luz viaja muy lentamente a través de ellos.

Ahora tenemos condensados fermiónicos... tan recientes que la mayoría de sus propiedades básicas son desconocidas. Ciertamente, son fríos. Jin creó la sustancia enfriando una nube de 500.000 átomos de potasio-40 hasta menos de una millonésima de grado sobre el cero absoluto. Y ellos probablemente fluyan sin viscosidad. ¿Más allá de eso...? Los investigadores aún están aprendiendo.

"Cuando se encuentra una nueva forma de la materia”, hace notar Jin, “toma un tiempo entenderla”.

Los condensados fermiónicos están relacionados con los BECs. Ambos están compuestos de átomos que se unen a bajas temperaturas para formar un objeto único. En un BEC, los átomos son bosones. En un condensado fermiónico los átomos son fermiones.

¿Cuál es la diferencia?

Los bosones son sociables; les gusta estar juntos. Como regla general, cualquier átomo con un número par de electrones+protones+neutrones es un bosón. Así, por ejemplo, los átomos del sodio ordinario son bosones, y pueden unirse para formar condensados Bose-Einstein.

Los fermiones, por otro lado, son antisociales. No pueden juntarse en el mismo estado cuántico (por el “Principio de Exclusión de Pauli” de la mecánica cuántica). Cualquier átomo con un número impar de electrones+protones+neutrones, como el potasio-40, es un fermión.

El grupo de Jin encontró una forma de esquivar el comportamiento antisocial de los fermiones. Utilizaron un campo magnético cuidadosamente aplicado para que actuara como un “Cupido” de sintonía fina. El campo hace que los átomos solitarios se unan en pares, y la fortaleza de esa unión puede ser controlada ajustando el campo magnético. Los átomos de potasio unidos débilmente retienen algo de su carácter fermiónico, pero también se comportan un poco como los bosones. Un par de fermiones puede unirse a otro par, y a otro y a otro, y eventualmente formar un condensado fermiónico.

Jin sospecha que el sutil emparejamiento de un condensado fermiónico es el mismo fenómeno de emparejamiento que se observa en el helio-3 líquido, un súper-fluido. Los súper-fluidos fluyen sin viscosidad, así que los condensados fermiónicos deberían hacer lo mismo.

Un fenómeno relacionado estrechamente es la superconductividad. En un superconductor, los pares de electrones (los electrones son fermiones) pueden fluir con resistencia cero. Existe un enorme interés comercial en los superconductores porque podrían ser utilizados para producir electricidad en forma más barata y más limpia, y para crear maravillas de alta tecnología como trenes levitantes y computadoras ultra-rápidas. Desdichadamente, los superconductores son difíciles de manejar y de estudiar.

Los condensados fermiónicos podrían ayudar.

El mayor problema hoy en día con los superconductores es que la temperatura más cálida en la que pueden operar es de apenas –135ºC. El nitrógeno líquido o cualquier otro criogénico necesario para enfriar los alambres hace que los aparatos que utilizan superconductores sean caros y abultados. Los ingenieros preferirían trabajar con superconductores a temperatura ambiente.

“La fuerza de unión en nuestro condensado fermiónico, ajustada para masa y densidad, podría corresponder a un superconductor de temperatura ambiente”, hace notar Jin. “Esto hace que sea optimista acerca de que la física fundamental que aprendamos a través de los condensados fermiónicos ayude a otros a diseñar materiales superconductores más prácticos”.
Entendemos por materia todo aquello que nos rodea y que podemos percibir con los sentidos. Es de lo que está hecho el Universo: el aire, las rocas, los mares, las plantas, los animales, todo. Y sabemos que se presenta con distintas formas, no siempre distinguibles y diferenciables a simple vista.

En ciencia, a estas formas se las denominan estados físicos o estados de agregación, porque nos dan una idea de cómo están unidos o agregados sus componentes fundamentales, sean éstos moléculas, átomos, iones, etc. Y no hay ningún error en su título. En la actualidad el hombre admite la existencia de, hasta ahora, seis (6) estados para la materia. A saber:

1.- Sólido
2.- Líquido
3.- Gas
4.- Plasma
5.- Condensado de Bose-Einstein
6.- Condensado fermiónico (de Fermi).


Sólido, líquido y gaseoso


De los tres primeros poco que añadir que usted no sepa. Son de sobra conocidos por todos, al formar parte de nuestras experiencias diarias y haberse estudiado, además, en la Enseñanza Secundaria.

El sólido lo reconocemos en la cama en la que nos acostamos, el líquido en el agua que bebemos y el gas en el aire que respiramos. Unos estados para la materia que, en los institutos de enseñanza hemos aprendido, se diferencian por los distintos valores que tienen para diferentes propiedades.

Propiedades como la expansión (extenderse ocupando todo el espacio vacío disponible), la compresión (reducir el espacio que ocupan al ser empujados), la difusión (desplazarse a través de otro medio material), la fluidez (desplazarse por tuberías), la deformación (capacidad de conservar la forma frente a los cambios de presión), la dilatación y contracción térmica (capacidad que tienen los cuerpos para variar, aumentar y disminuir, su volumen frente a un proceso térmico). Y otras más.

Unas propiedades que no son más que la descripción fenomenológica (DF) de su observación “macroscópica”, o sea a nivel molar. Y que se explican e interpretan teóricamente (IT) a nivel molecular, observación “microscópica”, mediante el modelo cinético-molecular (MCM). Como ven, nada que ustedes no supieran o puedan recordar de sus secundarios años escolares.

Una circunstancia que, quizás, no ocurra con los otros tres estados., el plasma y los condensados. Tal vez les suenen sus nombres. O hayan leído algo sobre ellos. Pero es probable que así, a bote pronto, no tengan una idea clara de qué son. Pues bien, ahí va una impronta.


Plasma


Hay quien lo llama “el cuarto estado de la materia” y no entiendo porqué. Ya que no es más que una cuestión meramente ordinal. El plasma, a pesar de ser poco conocido por el público en general, está más cerca de lo que nos imaginamos.

Lo digo porque no sólo está en el Sol, sino que también existe en el viento solar, en la ionosfera y magnetosfera terrestres, en el interior de nuestras lámparas fluorescentes, de los letreros luminosos de neón, de las luces urbanas, de las bolas de plasma, etc. Como ven vivimos rodeados de plasma.

En realidad el 99% de la materia conocida del universo, se encuentra en estado de plasma. Aunque bien es cierto, que no conocemos todo el universo. Pero del que conocemos, su 99% está en este estado. O sea, que casi todo es plasma en el universo conocido.

Desde el punto de vista científico el plasma es un gas ionizado, o lo que es lo mismo, está formado por átomos que se han disociado. Sucede que por diferentes causas (térmicas, mecánicas, etc), los átomos se rompen, quedando libres distintas partículas: electrones negativos y restos de átomos e iones positivos. Unas partículas que se mueven de forma independiente, en una especie de atmósfera eléctrica que hemos dado en llamar plasma.

La física del plasma es un campo matemático difícil, cuyo estudio requiere un profundo conocimiento de la Teoría Electromagnética (TEM) de Maxwell. Uno de los dos pilares de la Física Clásica junto con la Mecánica Newtoniana.


Condensado de Bose-Einstein (CBE)


Puesto a ordenar sería “el quinto estado de la materia”. Fue en 1920 cuando, S. Nath Bose, desarrolló un estudio estadístico sobre fotones que envió a Albert Einstein para su supervisión, y que el genio no dudó en aplicar a sus investigaciones sobre los átomos. Es lo que se llama una colaboración.

Si bien ambos predijeron teóricamente, en 1924, la existencia de este nuevo estado. No fue hasta 1995 cuando los físicos E. A. Cornell, C. E. Wieman y W. Ketterle lo obtuvieron en el laboratorio. Un logro que les hizo merecedores del Premio Nobel en Física de 2001.

Desde el punto de vista científico, este estado se consigue a temperaturas cercanas al cero absoluto (-273 ºC) y se caracteriza porque los átomos se encuentran todos en el mismo lugar, formando un superátomo.



Condensado fermiónico



En principio pasa por ser el sexto y último estado conocido de la materia. Aunque desarrollado teóricamente en 1999 por la U. de Colorado, el primer condensado de Fermi constituido por átomos no fue creado hasta el 2003.

Por ahora baste saber que es como una nube de átomos de potasio, congelados a una temperatura de una billonésima de kelvin (10-6 o 0,000 001 K). Una temperatura a la que la materia cesa en su movimiento.

Lo que le proporciona un valor de superfluidez que le coloca a medio camino entre el condensado de Bose-Einstein y los superconductores.

Algo muy interesante, tanto en el terreno teórico, pues nos permitiría comprender mejor la conducta mecánico-cuántica del átomo, como en el práctico, ya que nos acercaría un poco más a los superconductores y su más que aprovechable comportamiento energético. Ya veremos en lo que queda.