CF 248 Otros estados

Autora: María Cristina Chaler. 

Ciencia Fácil Número 248

Serie: Una mirada de la química diferente.

Lo desconocido se da a conocer.

Con el avance de la ciencia y la tecnología  se logró alcanzar rangos de temperaturas extremos. Esto permitió descubrir propiedades de la materia que recién aparecieron al ser sometida a esas condiciones, que hasta el momento eran imposibles de alcanzar. Aparecieron otros estados de la materia  que no son tan cotidianos como el típico sólido, liquido  o gaseoso pero en realidad  abundan más de lo que creemos.

 

El estado que predomina a altas temperaturas es el gaseoso pero si al gas se lo bombardeado y sus moléculas pierden o ganan electrones, se ioniza formando aniones (-) y cationes (+) que  a causa de la alta temperatura quedan en  movimiento vertiginoso que no permite que los iones se neutralicen, el choque entre los átomos es tan violento y energético que mantiene el ionizado en forma permanente. Hablamos del plasma.

Posee propiedades determinadas como los estados clásicos y la parte de la física que lo estudia es la Física del Plasma,  una rama que se ocupa de su estudio. Sus aportes son sumamente importantes para la astrofísica y geofísica.  Los pioneros en el estudio de este estado fueron Joseph John Thomson, William Croques y S. E. Townsend. El nombre de plasma se lo dio en 1923 Irving Langmiur asimilándolo al sanguíneo por tener propiedades similares.

En general podemos decir que el plasma:

·        Conduce fácilmente la electricidad por estar cargado eléctricamente.

·        Los campos magnéticos influyen sobre él.

·        Posee neutralidad neta. Se encuentra formado por la misma cantidad de cationes que de aniones.

·        Es estable, se le pueden calcular físicamente determinados parámetros para encuadrarlo dentro de un estado.

El plasma  es el estado que más abundante del Universo. La materia solar es plasma, así como las galaxias, las nebulosas, la capa de la atmósfera llamada ionosfera, las auroras boreales, los rayos en una tormenta, etc.

La tecnología se lo usa en las lámparas fluorescentes, las lámparas de plasma   inventadas por Nikola Tesla popularizándose en 1980, y las pantallas de plasma  funcionan basándose en el principio de los gases nobles ionizados que liberan fotones que a su vez estimulan a otros átomos para generar fosforescencia con una amplia gama de colores.

Quinto estado

Cuando las temperaturas son extremadamente bajas aparece el llamado

Condensado de Bose_Einstein (BEC). Un asombroso estado con un sustento matemático que data de cálculos estadísticos que  en 1924 el físico Indio Bose comenzó a hacer con respecto a los fotones (bosones). Los compartió con Einstein el que lo extendió a las partículas masivas (fermiones) y por esa razón, toma el nombre de condensado de Bose Einstein. Eran sólo cálculos estadísticos hasta que en  1995 Eric A Cornell (39 años) y Carl E.Weimanen (50 años) de Estados Unidos obtuvieron  en el laboratorio un condensado de átomos de rubidio y al mismo tiempo Wolfgang Ketterleen (43 años), en Alemania lo hizo con  átomos de sodio. Se merecieron el Nobel de la Física en el 9 de octubre de 2001.

El condensado se produce cerca de los 273,16 grados bajo cero donde las partículas están suficientemente cercanas y se mueven en forma extremadamente lenta. Todas se encuentran en el estado de menor energía, y así se condensan, como si fuesen vapor en un vidrio frío.

Se trata de un condensado de materia bosónica (invisible).Una maravillosa verificación de que la materia invisible es materia al fin, aunque invisible y superponible.

A bajas temperaturas los átomos se comportan como un rayo láser, dónde los fotones (bosones) se encuentran todos en el mismo nivel energético, se trata de un haz de luz coherente, que hace que se potencien las propiedades  de los fotones.

En el BEC   los átomos se superponen entre sí ocupando el mismo lugar en el espacio, seria similar a que varias personas ocupen el mismo lugar en el espacio, en el mismo momento superponiendo sus materias y formando una superpersona.

La palabra condensación no significa una disminución de volumen con un aumento de densidad, como en el caso del típico cambio de estado, significa una coherencia de energías que le confiere a la materia, propiedades especiales, como por ejemplo la superfluidez (el líquido se mueve sin viscosidad) o la superconductividad donde la electricidad es conducida sin resistencia alguna.

El condensado de Bose para átomos de sodio produce un efecto sorprendente ya que en su estado translucido tiene la propiedad de reducir la velocidad de la luz a 17 m/s siendo la velocidad original 300000000 m/s.

Sexto estado

Otro de los estados de la materia es el condensado de fermi que se obtuvo por primera vez en el año 2003 cuando se logró descender la temperatura casi hasta el cero absoluto.

Se observó que cuando una nube de átomos de potasio (fermiones) es enfriada, adopta un extraño estado con propiedades superconductoras.

Los fermiones de potasio a baja temperatura se unen de a pares (pares de Cooper, llamados así por León Cooper)  y se transforman en bosones, ya que los spines semi enteros al unirse forman una partícula de spin entero (bosón). De este modo el condensado de fermiones no es más que un condensado bosónico o sea un condensado de Bose.

Concluimos que tanto la materia bosónica como la fermiónica a bajas temperaturas  emparejan sus propiedades.Lo sorprendente de este resultado es que los átomos se comportan a bajas temperaturas como bosones. La materia “visible” (fermiónica) no se diferencia de la bosonica. Así como decimos que existe un haz de luz coherente (láser) también podemos afirmar que puede existir un haz de materia coherente en condiciones de bajas temperaturas, que podrían generar láseres de átomos en lugar de láseres de fotones.

La materia se presenta como bosónica o fermiónica según las condiciones a las que se somete. La materia cotidianamente conocida se presenta ante nuestros ojos con propiedades que no son permanentes al variar las condiciones ambientes.

No toda la realidad es la que creen percibir nuestros sentidos. La realidad es variable según los ojos y las condiciones del que la observa.