2. La matèria: Estats físics

Tot en l’Univers està format per matèria. La matèria es pot trobar en 3 estats d’agregació o estats físics: sòlid, líquid i gasós. Les seves propietats són:

Sòlid. Forma constant, Volum constant, No s’expandeixen, No es comprimeixen

Líquid. Forma variable, Volum constant, No s’expandeixen, Es comprimeixen amb dificultat

Gas. Forma variable, Volum variable, S’expandeixen, Es comprimeixen

En física i en química, un estat de la matèria, o fases, correspon de fet a una sèrie d’estats macroscòpics, que tenen un conjunt de propietats físiques i químiques relativament uniformes (densitat, estructura cristal·lina, índex de refracció…). Històricament la diferenciació es feia basant-se en propietats qualitatives com el volum i la forma: el sòlid era l’estat al que la matèria mantenia la forma i el volum de manera permanent, el líquid manté un volum fix però s’adapta a la forma del recipient que el conté i el gas l’estat en que la matèria s’expandeix per ocupar tot el volum disponible.

PER ALS MéS “FRIKIS”

Existeixen altres possibles estats de la matèria; alguns d’aquests només existeixen sota condicions extremes, com en l’interior d’estrelles mortes, o al començament de l’Univers, després del Big Bang:

  • Fluids supercrítics. Un fluid supercrític (FSC) és qualsevol substància que es trobi en condicions de pressió i temperatura superiors al seu punt crític. Tenen unes propietats típiques, el que habitualment es denomina com “un híbrid entre un líquid i un gas”, és a dir, pot difondre com un gas, i dissoldre materials com un líquid. Els FSC es caracteritzen per la gran quantitat de densitats que poden adoptar. Per damunt de les condicions crítiques, petits canvis en la pressió i la temperatura produeixen grans canvis en la densitat.
  • Supersòlid. Aquest material és un sòlid en el sentit que la totalitat dels àtoms de l’heli – (4) que el componen estan congelats en una pel·lícula cristal·lina rígida, de forma semblant a com ho estan els àtoms i les molècules en un sòlid normal com el gel. La diferència és que, en aquest cas, el terme “congelat” no significa “estacionari”. Com a la pel·lícula d’heli-4 és molt freda, tot just un desè de grau sobre el zero absolut, comencen a imperar les lleis de la incertesa quàntica. En efecte, els àtoms d’heli comencen a comportar com si fossin sòlids i fluids a la vegada. De fet, en les circumstàncies adequades, una fracció dels àtoms d’heli comença a moure’s a través de la pel·lícula com una substància coneguda com “súper-fluid”, un líquid que es mou sense cap fricció. D’aquí el seu nom de “súper-sòlid”.
  • Matèria degenerada. S’anomena matèria degenerada a aquella en la qual una fracció important de la pressió prové del principi d’exclusió de Pauli, que estableix que dos fermions no poden tenir els mateixosnombres quàntics. Segons les condicions, la degeneració de diferents partícules pot contribuir a la pressió d’un objecte compacte, de manera que una nana blanca és sostinguda per la degeneració d’electrons, mentre que una estrella de neutrons no col lapsa a causa de l’efecte combinat de la pressió de neutrons degenerats i la pressió deguda a la part repulsiva de la interacció forta entre barions.
  • Condensat fermiònic. Creat a la universitat de Colorado per primera vegada el 1999, el primer condensat de Fermi format per àtoms va ser creat el 2003. El condensat fermiònic, considerat com el sisè estat de la matèria, és una fase supèrflua formada per partícules fermions a temperatures baixes. Està molt relacionat amb el condensat de Bose-Einstein. A diferència dels condensats de Bose-Einstein, els fermions condensats es formen utilitzant fermions en lloc de bosons. Dit d’una altra manera, el condensat de Fermi és un estat d’agregació de la matèria en la qual la matèria adquireix superfluïdesa. Es crea a molt baixes temperatures, molt a prop del zero absolut.
  • Plasma quark-gluó. El plasma de quark-gluons (QGP) és una fase de la cromodinàmica quàntica (QCD) que existeix quan la temperatura i/o la densitat són molt elevades. Aquest estat es compon de quarks igluons, gairebé lliures, que són els components bàsics de la matèria. Es creu que va existir durant els primers 20 a 30 microsegons després que l’univers nasqués en el moment del Big Bang. Els experiments en el Super Proton Synchrotron (SPS) del CERN van tractar primer de crear QGP en els anys vuitanta i noranta, i es va poder aconseguir de manera parcial.[2] Actualment, experiments al Col·lisionador d’Ions Relativament Pesats (RHIC) en el Laboratori Nacional Brookhaven (Estats Units) continuen aquest esforç.[3] Tres nous experiments es duen a terme en el Gran Col lisionador d’Hadrons (LHC) del CERN, ALICE,[4]ATLAS i CM, continuant amb l’estudi de les propietats del QGP.
  • Matèria estranya o matèria de quarks. En química nuclear, física de partícules i astrofísica, el terme s’usa de dues maneres, una més àmplia i l’altra més específica.
    • El significat més ampli és tan sols matèria de quarks que conté tres “tipus” de quarks: amunt, avall i estrany. En aquesta definició, hi ha una pressió crítica i una densitat crítica associada, i quan la matèria nuclear (feta de protons i neutrons) es comprimeix més enllà d’aquesta densitat, els protons i neutrons es dissociar en els quarks que els componen, resultant així matèria de quarks (probablement matèria estranya).
    • El significat més estricte es refereix a la matèria de quarks que és més estable que la matèria nuclear. La idea que això podria passar és la “hipòtesi de la matèria estranya” de Bodmer[5] i Witten.[6] En aquesta definició, la pressió crítica és zero: el veritable estat fonamental de la matèria és sempre matèria de quarks. Els nuclis que veiem en la matèria que ens envolta, que són “gotes” de matèria nuclear, són necessàriament metaestables, i donat el temps suficient (o l’estímul extern adequat) decaurien en gotes de matèria estranya, els strangelets.

Deixa un comentari

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

Esteu comentant fent servir el compte WordPress.com. Log Out / Canvia )

Twitter picture

Esteu comentant fent servir el compte Twitter. Log Out / Canvia )

Facebook photo

Esteu comentant fent servir el compte Facebook. Log Out / Canvia )

Google+ photo

Esteu comentant fent servir el compte Google+. Log Out / Canvia )

Connecting to %s