La materia exótica se caracteriza por asumir estados atípicos.
La materia exótica es aquella capaz de asumir estados que no se explican según las leyes tradicionales de la física. El concepto, por lo tanto, alude a elementos que evidencian propiedades atípicas, al menos de acuerdo a los conocimientos que derivan de la teoría clásica.
Este tipo de materia puede desde registrar cambios cuánticos hasta exhibir propiedades magnéticas inusuales. Incluso pueden desarrollar la fuerza conocida como antigravedad.
Si bien el análisis de la materia exótica no es novedoso, en los últimos años se incrementó el saber al respecto gracias al progreso de la cosmología y la física de partículas.
En este marco fueron muy importantes los aportes de John Michael Kosterlitz, F. Duncan M. Haldane y David J. Thouless, ganadores del Premio Nobel de Física en 2016.
TemasCaracterísticas de la materia exótica
La materia exótica se define a partir de sus propiedades y comportamientos excepcionales. Sus rasgos son descritos en base a desarrollos teóricos ya que su demostración empírica resulta impracticable.
Suele indicarse que la materia exótica tiene una existencia que trasciende los estados habituales (gaseoso, líquido y sólido). En este sentido resultan claves las investigaciones de los mencionados Kosterlitz, Haldane y Thouless.
Estos físicos examinaron lo que sucede con la materia al ser sometida a temperaturas extremas, tanto altas como bajas. Sus trabajos le permitieron detectar extraños cambios de comportamiento, al menos contemplados desde los parámetros convencionales.
Las investigaciones de materia exótica en astrofísica son relevantes.
Las transiciones de fases topológicas
Kosterlitz, Haldane y Thouless recurrieron a modelos matemáticos de avanzada para centrarse en las transiciones de fases topológicas de la materia. La idea de topología refiere al estudio de la continuidad, observando cómo ésta incide en los cambios de propiedades.
Thouless y Kosterlitz notaron que la superconductividad, por ejemplo, se pierde ante temperaturas muy altas. Se interesaron sobre todo por lo que acontece en formas tan finas de la materia que se toman como bidimensionales.
Luego Haldane aplicó la noción topológica de las modificaciones escalonadas a materia calificada como unidimensional por ser aún más delgada. Partiendo de estos estudios, se puede avanzar en la creación de nuevos materiales que tengan propiedades hasta ahora desconocidas o no aprovechadas en la práctica.
Es importante indicar que las transiciones de fases topológicas se dan en la naturaleza tanto a nivel atómico como una escala astronómica. En materiales extremadamente finos o delgados, surgen fenómenos como la superfluidez o la mencionada superconductividad. Estas cuestiones podrían contribuir a grandes progresos en la computación cuántica y la nanoelectrónica, por ejemplo.
La computación cuántica y la nanoelectrónica podrían desarrollarse gracias a la materia exótica.
Materia exótica y materia extraña
Es importante indicar que la materia «normal» se compone de átomos formados por protones y neutrones. Estas partículas subatómicas, a su a vez, disponen de tres quarks cada una (son triquarks).
A esa materia «normal» se la llama materia bariónica ya que los protones y los neutrones son bariones. Existen bariones, sin embargo, que tienen una configuración diferente: presentan cuatro (trataquarks) o cinco (pentaquarks) quarks.
En este contexto, se señala que la materia extraña es aquella que no es bariónica (o sea, que no es triquark). En este grupo se incluye la materia oscura, la energía oscura, los agujeros negros y la conocida como materia degenerada (estrellas de neutrones y estrellas enanas blancas, entre otras).
La materia oscura se caracteriza por no emitir ninguna clase de radiación electromagnética ni interactuar con radiaciones de ese tipo. Se cree que cerca del 85% de la materia que existe en el universo es materia oscura, cuya presencia se infiere por los efectos gravitacionales que genera considerando la mecánica vectorial o newtoniana. La velocidad de desplazamientos de las estrellas, por mencionar un caso, está vinculada a la existencia de la materia oscura.
La energía oscura, en tanto, se emplea para brindar una explicación sobre la aceleración de la expansión del universo. Esta forma de energía genera la presión que provocaría dicha fenómeno.
En cuanto a los agujeros negros, fueron postulados por Albert Einstein como una región espacial que alberga una enorme concentración de masa, tan grande que ni la radiación ni las partículas pueden escapar de su campo gravitacional. Los agujeros negros emiten radiación de Hawking.
Se cree que en el interior de los agujeros negros podría haber un tipo de materia cuyas propiedades serían opuestas a las que presenta la materia «normal»: la materia exótica negativa. De ella podría derivar la antigravedad, la curvatura del espacio-tiempo y el desarrollo de agujeros de gusano.
La materia degenerada, por su parte, está asociada a un estado muy denso en el cual las partículas subatómicas están altamente comprimidas y su presión procede en gran parte del principio de exclusión de Pauli. Las estrellas de neutrones (que surgen cuando una estrella supergigante masiva sufre un colapso gravitatorio) y las enanas blancas (producidas por la expulsión de masa de una estrella con una masa inferior a 10 masas solares) son casos de materia degenerada y, por lo tanto, ejemplos de materia extraña.
Respecto a la relación entre los conceptos de materia exótica y materia extraña, es habitual que se empleen como sinónimos, aunque suele explicarse que la idea de materia exótica tiene un componente mayor de especulación y es más amplia que la noción de materia extraña. Así como la materia exótica presenta propiedades inusuales, la materia extraña existiría en condiciones extremas.
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