divendres, 1 de juliol del 2016

Els estats de la matèria

Quan anàvem a escola ens van ensenyar que hi ha tres estats de la matèria: sòlid, líquid i gas. Això no és del tot cert. Ara es parla de sis estats, els tres ja esmentats i tres més, plasma, condensats Bose-Einstein i condensats fermiònics.

La major part dels estudiants saben que els sòlids resisteixen la deformació, són rígids i que es poden trencar. Els líquids flueixen, són difícils de comprimir i que s'adapten a la forma del recipient que els conté. Els gasos són menys densos, fàcils de comprimir i, que no tan sols s'adapten a la forma del seu recipient, sinó que s'expandeixen per ocupar-lo totalment.

Ara bé, els nous estats no són tan habituals de trobar, en especial els dos darrers. El quart estat de la matèria, el plasma, és com un gas, fet d'àtoms que han sigut despullats dels seus electrons i ara s'han convertit en ions. El sol està fet de plasma, com la major part de la matèria a l'univers. Normalment és molt calent i es pot mantenir conservat en un laboratori equipat dintre de botelles magnètiques.

El cinquè estat correspon als condensats de Bose-Einstein (BEC), predits per aquest científic hindú conjuntament amb n'Albert Einstein el 1920, però que es no va poder comprovar fins el 1995 quan els científics van refredar unes partícules denominades bosons fins a milionèsimes de grau. En aquest punt totes les partícules es van unir per a formar una única super-partícula que tenia més aparença de ser una ona que a un tros de matèria. Els BEC són fràgils i la llum viatja a través seu molt més lentament. Presenten clarament mostres de superfluidesa, superconductivitat i producció de vòrtexs. Un clar exemple és l'heli-4.


Ara arribem als condensats fermiònics. Els primers es van obtenir el 2001 refredant mig milió d'àtoms de potassi-40 a milionèsimes de grau sobre el zero absolut. S'ha demostrat que també presenten les mateixes propietats que els BEC.

Totes les partícules de la matèria són bosons o fermions. Els bosons són partícules amb espín sencer i els fermions el tenen fraccionari. Diguem que l'espín és una característica definida pel moment angular de cada partícula. Així els bosons no han de complir el principi d'exclusió de Pauli i els fermions sí. Els bosons poden agrupar-se més íntimament i assolir nivells energètics més baixos. El fermions per assolir aquest nivell el que fan és aparellar-se de dos en dos per aconseguir un nivell mínim d'energia i poder estar més junt.

D'aquesta forma s'aconsegueix que les estrelles de neutrons arribin a pesar milions de milions de tones per centímetre cúbic (10¹⁴ gr/cm3).

Un nou estat de la matèria ha estat anunciat l'abril de 2016, el que correspon als fermions de Mejorana. Un nou repte per confirmar.


Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 199 del juliol de 2016