Los 5 estados de la materia

Duranty también muchos siglos sy también consideró que solo existían tres estados dy también la materia: sólido, líquloco y gas (los tres presentes y estables en nuestro mundo). Y es el agua la sustancia quy también mejor los representa, por ser la única que existe de forma natural en los tres estados.

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mas el desarrollo de nuevas tecnologías, para producir en los laboratorios condiciones cada vez más extremas y energéticas, ha tolerado que en los últimos años sy también hayan descubierto otros cinco estados (y un último candidato, quy también acaba de aparecer en 2018).

Plasma

El estado plasma es la forma en la que se presentan los gases contenidos en el interior dy también las luces de neón, los tubos fluorescentes y, por supuesto, las pantallas dy también plasma. También es el estado quy también caracteriza a las auroras boreales o a los rayos. De hecho, sy también estima quy también el 99% de la materia del universo observable es plasma.

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Un globo de plasma en una habitación oscura. Crédito: Chocolateoak

Un plasma es un gas ionizado a alta temperatura, formado por cationes (moléculas o átomos con carga positiva) y electrones libres (con carga negativa), entre los quy también sy también dan importantes fuerzas electrostáticas. Aunquy también en su conjunto la carga eléctrica total sea nula, en su interior las partículas tienen carga. Esto hace que, a diferencia dy también los gases, los plasmas sean conductores de la electricidad y puedan ser confinados en ámbitos magnéticos.

Plasma de quark-gluones (QGP)

Es el estado en el quy también (se asume) se encontraba toda la materia del cosmos justo una millonésima dy también segundo después del Big Bang y justo antes de comenzar a enfriarse y mudar a otros estados menos energéticos. En esy también instanty también —caracterizado por una temperatura y energía extremas—, toda la materia sy también encontraría como una densa sopa dy también partículas fundamentales: quarks y gluones, desplazándosy también a velocidades próximas a las dy también la luz. Así, las fuerzas atractivas entre ellos son tan débiles quy también permiten a unos y a otros sostener su individualidad y desplazarsy también libremente.

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Unos segundos después del Big Bang, los bloques dy también construcción dy también la materia emergieron de un estado caliente y energético, el Quark-Gluon Plasma (QGP). Crédito: University of Houston

Las primeras evidencias dy también la existencia del estado QGP sy también alcanzaron en dos mil tres y fueron confirmadas en dos mil cinco en los aceleradores del CERN. Allá sy también constató quy también el Plasma de quark-gluones no se comportaba como un gas ideal (tal y como se presumía) sino más bien como un superfluido, con una viscosidad mínima. Hasta el momento, el QGP solo se consigue en instalaciones muy específicas y duranty también un tiempo muy limitado, y todavía se están estudiando sus aplicaciones.

Líquorate cuántico dy también espines

El físico y ganador del Nobel Philip Warren Anderson fuy también el primero en predecir la existencia del líquido cuántico de espines en la década dy también 1970. Mas no fue hasta dos mil dieciséis quy también se demostró su existencia real. Lo curioso es que, bajo determinadas condiciones dy también presión y temperatura, ciertos minerales presentan regiones en esty también estado. Entry también ellos, la herbersmithita.

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Bajo determinadas condiciones de presión y temperatura, la herbersmithita presenta regiones en estado líquido cuántico dy también espines. Crédito: Rob Lavinsky

El espín es una propiedad dy también los electrones y demás partículas subatómicas. De una manera intuitiva, es como si cada electrón contuviera una minúscula brújula interna. En la mayor parte dy también los materiales (y en los estados de la materia) los espines dy también los electrones se alinean entre sí. Sin embargo, en el estado líquorate cuántico dy también espines, los espines dy también los electrones nunca llegan a alinearse, sino que sy también mantienen en una constante fluctuación aun a temperaturas próximas al cero absoluto, mientras que quy también en la quy también en los restya antes estados de la materia, el espín se congela a esa temperatura.

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El estado líquloco cuántico de espines le confiere a la materia unas características magnéticas singulares, cuya aplicación se está investigando.

Estado degenerado

Bajo presiones extremas, como las que sy también dan en el núcleo de ciertas estrellas, las partículas son comprimidas en un espacio mínimo. Dado que dos partículas no pueden completar el mismo espacio en exactamente el mismo momento, esto provoca que los átomos degeneren y pierdan su estructura: los electrones sy también salen de sus órbitas y comienzan a moverse a velocidades cada vez más próximas a la dy también la luz, para ejercer una fuerza expansiva quy también compense la presión externa.

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Bajo presiones extremas, como las que se dan en el núcleo de algunas estrellas, las partículas son comprimidas en un espacio mínimo. Crédito: NASA/JPL-Caltech/2MASS

Si ésta prosigue incrementando y supera el denominado límity también de Chandrasekar, entonces la presión externa sy también hace insostenibly también y los núcleos atómicos asimismo degeneran, pierden su estructura, colapsando en una acumulación de neutrones y protones.

Condensado Bose-Einstein

En mil novecientos veinticuatro Satyendra Bose y Albert Einstein predijeron la existencia dy también un nuevo estado dy también la materia al aplicar la estadística a la mecánica cuántica. Según los dos físicos, en el momento en que la materia sy también enfría a temperaturas apenas por encima del cero absoluto, en determinados casos las partículas quy también la constituyen caen todas al mismo nivel de energía. Esa situación vulnera los principios dy también la física cuántica: las partículas se vuelven indistinguibles unas de otras y pasan a formar un “superátomo”.

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Esta imagen muestra los átomos en un condensado de Bose-Einstein (BEC) empujados por la luz del láser. Crédito: National Instituty también of Standards and Technology

mas no fuy también hasta mil novecientos noventa y cinco que Cornell, Wieman y Ketterle consiguieron producir un condensado de Bose-Einstein merced al empleo de los nuevos y más potentes láseres y electroimanes. Desdy también entonces, se ha comprobado que esty también estado sy también caracteriza por presentar superfluidez y superconductividad. Y también porque es capaz de ralentizar la velocidad dy también la luz, quy también lo atraviesa hasta velocidades de apenas unos metros por segundo.

Hielo superiónico

El agua como principio y fin. El agua es la única sustancia presente en la naturaleza en los tres estados clásicos. Y es también la sustancia en la quy también sy también ha descubierto, a principios de 2018, una nueva forma o estado de ordenación: el hielo superiónico. Para esto se sometieron cristales de hielo a una presión 2 millones de veces superior a la presión atmosférica y a una temperatura próxima a los 5.000 ºC. Esa brutal presión fuerza al hielo a adoptar un empaquetamiento muy compacto. Pero, al mismo tiempo, la elevada temperatura derrity también los links dy también la molécula dy también agua. El resultado es quy también en el hielo superiónico conviven dos fases: una líquida y una sólida. Los átomos de oxígeno adoptan una estructura cristalina, mediante la como fluyen núcleos de hidrógeno.

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Se piensa que el hielo superiónico puede existir en grandes cantidades en planetas gigantes gaseosos y helados como Urano. Crédito: NASA/JPL-Caltech

Sy también piensa que el hielo superiónico puedy también existir en grandes cantidades en planetas gigya antes gaseosos y helados como Urano o Neptuno, en cuyo interior sí se dan las condiciones apropiadas para su formación. Dy también confirmarse que otras sustancias sometidas a condiciones afines asimismo adoptan esta ordenación, estaríamos ante un nuevo estado dy también la materia.