Hay materia extraña más allá de la Tabla Periódica

polaritySYS

En la actualidad, el elemento más pesado de la Tabla Periódica es el Oganesón. Nombrado oficialmente en 2016, posee una masa atómica de 294, la mayor conocida hasta el momento. Y como sucede con el resto de los elementos de la tabla, prácticamente toda la masa del Oganesón procede de los protones y neutrones de sus núcleos atómicos, que a su vez están constituidos cada uno por tres quarks. Todas las partículas formadas por tres quarks (como los citados protones y neutrones) reciben el nombre genérico de "bariones".

Una característica crucial de toda la materia bariónica conocida es que los tres quarks que forman cada partícula están inseparablemente unidos por la interacción fuerte, una de las cuatro fuerzas fundamentales de la Naturaleza. Y como resulta que todas las partículas hechas de quarks unidos por la interacción fuerte (como protones y neutrones) se llaman hadrones, los científicos se refieren al estado fundamental de la materia bariónica como "materia hadrónica".

En los últimos años, la Tabla periódica se ha ido enriqueciendo con un buen número de nuevos elementos. Pero absolutamente todos ellos comparten las mismas características descritas. Es decir, son materia hadrónica. Sin embargo, un equipo de físicos de la Universidad de Toronto, en Canadá, cree que el Oganesón podría ser el último elemento de ese tipo que se descubra. Y predicen la existencia de "otros" elementos mucho más pesados que el Oganesón, con masas atómicas superiores a 300.


Pero lo más increíble es que esos elementos "ultrapesados" no estarían hechos, como los demás, de partículas formadas por tres quarks unidos por la interacción fuerte, sino de quarks "arriba" y "abajo" (dos de los seis tipos de quarks conocidos) individuales y libres de esa fuerza natural. En otras palabras, no serían materia hadrónica, como lo son el resto de los elementos conocidos.

Según explican Bob Holdom, Jing Ren y Chen Zhang en un estudio recién publicado en Physicall Review Letters, esa extraña clase de materia de quarks (llamada udQM, up an down Quark Matter, o "Materia de Quarks arriba y abajo"), sería estable para los elementos extremadamente pesados que podrían existir justo después del final de la Tabla Periódica actual. Si además fuéramos capaces de producir esa materia en los laboratorios de la Tierra, podríamos utilizarla como una nueva y poderosa fuente de energía.

La idea de que algún tipo de materia de quarks pudiera ser el estado fundamental de la materia bariónica no es nueva, y fue propuesta, ya en 1984, por el físico Edward Witten, que sugirió la existencia de la SQM (Strange Quark Matter, o "Materia de Quarks Extraña").

Sin embargo, Witten postulaba que esa materia extraña consistía en una mezcla más o menos equilibrada de tres clases de quarks (arriba, abajo y extraños), mientras que el nuevo trabajo se eliminan los quarks extraños y se dejan solo los arriba y abajo. La diferencia es enorme, ya que cada partícula de esta "nueva fórmula" tendría una menor cantidad de energía que la SQM o la materia hadrónica, por lo que sería energéticamente favorable.

"Los físicos han estado buscando la Materia Extraña (SQM) durante décadas -explican los científicos-. Pero nuestros resultados indican que muchos investigadores podrían haber estado buscando en el lugar equivocado... La pregunta básica es la siguiente: ¿Cuál es el estado de energía más bajo posible para un número suficientemente grande de quarks? Argumentamos que la respuesta no es la materia nuclear, ni la extraña SQM, sino más bien nuestra udQM, un estado compuesto por quarks arriba y abajo casi sin masa".

Una idea inquietante
La idea de que esta materia hecha de quarks pudiera estar esperándonos "al otro lado" de la Tabla Periódica resulta inquietante ya que, hasta ahora, se pensaba que esta clase de materia solo podría existir en ambientes muy extremos, como en los núcleos de las estrellas de neutrones, en el interior de hipotéticas "estrellas de quarks", en los poderosos colisionadores de iones pesados o en los primeros milisegundos de la historia del Universo, durante el Big Bang. Es decir, en situaciones en las que la presión de la gravedad es tan enorme que los protones y los neutrones se disocian en los quarks que los componen, que no consiguen mantenerse unidos.

Además, cuando se ha producido en laboratorio, la materia de quarks tarda apenas una fracción de segundo en decaer y convertirse en materia hadrónica estable y convencional (la que está hecha de tríos de quarks estrechamente unidos por la interacción fuerte).

A pesar de todo, los físicos esperan que, si la masa atómica de los nuevos elementos ultrapesados y hechos de quarks libres no resulta ser mucho mayor de 300, sería posible producir esta forma totalmente nueva de materia estable fusionándola con algunos de los demás elementos pesados de la tabla.

Y en el caso de que producir en labotatorio udQM resultara demasiado difícil, Holdom, Ren y Zhang proponen buscarla aquí, en la Tierra, ya que esa extraña clase de materia puede llegar hasta nosotros a caballo de los rayos cósmicos y quedar después atrapada en el interior de la materia normal. En el futuro, los tres científicos planean emprender la búsqueda de materia de quarks, tanto en nuestro planeta como fuera de él.

Pero antes, afirman, "nos gustaría saber más sobre la cantidad de materia de quarks que podría haber en el Universo. Por eso, en la actualidad estamos tratando de averiguar cuál es la tasa de conversión de la materia convencional a udQM dentro de las estrellas de neutrones".

Si realmente consiguieran encontrar, o producir en laboratorio, materia de quarks de cualquier tipo, nos encontraríamos, además, ante una nueva e inesperada fuente de energía.

"Saber dónde buscar udQM podría ayudar a hacer realidad una vieja idea, la de utilizar la materia de quarks como una nueva fuente de energía - afirman los investigadores-. Si se encuentra materia de quarks (o se produce en aceleradores), podría almacenarse para alimentarla después con neutrones lentos o iones pesados. La absorción de estas partículas significa una masa total inferior y, por lo tanto, una liberación de energía, principalmente en forma de radiación gamma. A diferencia de la fusión nuclear, este es un proceso que debería ser fácil de iniciar y controlar".

https://www.abc.es/ciencia/abci-materia-extrana-mas-alla-tabla-periodica-201807100208_noticia.html

Venga otro artículo para darle alegría a esta parte del foro.
Otro artículo de José Manuel Nieves que arroja luz, aunque desde mi punto de vista puede ser un artículo muy denso y lleno de tecnicismos, arroja bastante luz y se deja entender bien.

Un saludo.

PD: No todos nacemos sabiendo: https://es.wikihow.com/leer-la-tabla-peri%C3%B3dica-de-los-elementos :)

4
Ulmo

A mi siempre me surge la duda de que entendemos realmente por "estable", porque me da la sensación de que lo que entiende un físico no es lo que entiende una persona de a pie. En la noticia hablan de que solo se han podido crear partículas ínfimas durante tiempos despreciables, y que jamás se ha encontrado dicha materia fuera de laboratorios, mientras que las teorías anuncias que podrían encontrarse en sitios absolutamente descartables para ir a recolectarlos.

Entonces cuando la noticia dice que se podrían generar de forma "estable", entiendo entonces que no puedo esperar encontrarme una roca de udQM en el futuro y que el "estable" al que se refieren será bajo unas condiciones extrañísimas y extremas de laboratorio.

2 respuestas
B

Yo hay una cosa que no entiendo. Dicen que el sistema de minima energia estaria constituido por esta materia de quarks y no hadrones, pero cuando consiguen crear esta materia se descompone instant a materia ordinaria. Que sentido tiene entonces decir que tiene menos energia?

O lo van arreglar diciendo «oh es que solo es estable si tenemos 83648484 quarks y aun no hemos llegao» un poco cutre no?

Tmb digo que solo he leio #1 y nada mas xq ahora mismo me da pereza buscar nada

#2 piensa mejor que todo es inestable, solo tenemos que vivir lo suficiente para verlo, y el universo tmb xd

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Kimura

#3 es que no han conseguido crear esta clase concreta de materia. Esa parte esta mal redactada. En ese sentido se refieren al plasma de quark-gluones de toda la vida que ciertamente tiene una vida muy corta. Pero por que las condiciones del experimento, aka aceleradores, así lo requieren. Es lo que tienen los choques de cualquier tipo, que son súbitos y efímeros.

Esto otro es distinto, en el sentido que especulan que en las condiciones extremas y mantenidas de una estrella de neutrones, quizá algunas veces estas puedan sufrir una conversión a estrella de udQM o SQM. Lo cual bueno, teniendo en cuenta la disponibilidad de neutrones a gogó para aportar a esa sopa y poder llegar a esa masa crítica de A>300 pues supongo que no se puede calificar de locura del todo.

Luego está la parte que especulan conseguirla fusionando elementos hadrónicos pesados normales entre si, en base al modelo juguete que han creado, pero ahí si que me pierdo como pretenden conseguir eso. Sobre todo el aporte de neutrones lentos que serían necesarios. Pero en fin esto es altamente especulativo y supongo que entra en la misma categoría que pentaquarks, dybariones y demás especulaciones del campo.

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B

#4 y que pasa con los protones y electrones de esa estrella? no te van a joder esa sustancia magica y quedarte un condumio de hadrones y quarks?

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Kimura

#5 se combinan entre ellos para crear mas neutrones, esa es la gracia.

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polaritySYS

#2 Yo entendí que se refieren a los datos que pueden extraer, de conseguir esas fugaces partículas.
(Algo así como Atlas y Alice) Pero más rudimentario.

Lo que no logro comprender es la creación de materia que según dice el artículo viene a caballo regalado en los rayos cósmicos... Entiendo que de las radiaciones gamma emitidas por el colapso de la materia hadronica?. Va de la mano de los fotones?.

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Kimura

#7 en realidad hoy en día el término rayos cośmicos se refiere exclusivamente a eventos compuestos de partículas masivas: protones, núcleos, partículas alpha, etc... A los de origen electromagnético se les conoce ya aparte y de manera diferenciada por su tipo, rayos gamma, X, etc.

Entonces este hecho de que sean masivos y relativistas y por lo tanto muy energéticos, da pie a que se especule que en colisiones entre ellos o incluso con la atomósfera, puedan aportar la suficiente energía para sobreponerse a la barrera energética que supone la interacción debil y formar grumos o lo que sea de materia extraña a partir de nucleos corrientes en lo se conoce como strangelets.

2
T

Tanta como ADN basura, tanta como materia oscura en el universo...

B

#6 ¿?
Es suficiente el potencial gravitatorio para mantener estable una estrella de neutrones? No son necesarios los p y e para darle cierta estabildiad?

Supongo que en el nucleo de la estrella si puede que haya solo neutrones pero en la corteza las fuerzas gravitatorias seran menores y requeriran de cierta ayuda para hacer el sistema estable no?

Si se transforman en neutrones no se va todo al traste?

Tantas preguntas y yo con estos pelos!

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Kimura

#10 pobre carioca11, cuantas preguntas se hace. Bienvenido al club motherfucker. No seré yo el que tenga todas las respuestas. De hecho no se por que esperas que tenga una mejor que la wikipedia.

Si es suficiente. Sino, no existirían, no? Suficiente y sobra de hecho. Doble o triple masa del sol en ≈10Kms. Cuando hablas de estabilidad, me da la sensación de que lo intentas equiparar a un átomo o núcleo y no es el caso, al menos no del todo. Es una estrella.

Por una parte piensa que no es que podamos ir a una estrella de estas a observarla y mirar de cerca. De media están a tomar x culo de lejos. Y no son especialmente grandes, mas bien lo contrario. Y al menos que sean muy rápidas o tengan acrección, muy dificiles de detectar. De hecho ni siquiera tienen una ecuación de estado firme, hay por lo menos media docena propuestas y entre ellas cambian la composición y distribución bastante, así que es un poco de esos casos de hablar por hablar.

En la wiki te dirán que se mantiene ante la gravedad por la presión de degeneración de los neutrones (via Pauli), pero esto no es del todo cierto. En realidad se sabe desde hace bastante que sólo por eso no debería ser suficiente, al menos con masas superiores a 0.75 la Solar, que todas las conocidas superan ampliamente. En realidad, en esas condiciones extremas se cree que la nuclear fuerte en vez de actuar atractivamente como es la norma, a distancias menores a un femtómetro actúa repulsivamente y esa es la fuerza que ayuda a mantener el equilibrio.

Sobre la composición, tu intuición es cierta. El número de neutrones debería aumentar a medida que se acerca al núcleo. Mas presión, mas captura, mas decaimiento beta inverso. La corteza, posiblemente materia degenerada muy densa en forma de núcleos completamente ionizados y electrones corriendo entre los huecos. En algunos modelos, incluso sólida y perfectamente lisa de hierro imitando un espejo. También depende de la edad, ya que las recién nacidas son muy calientes y luego se enfrían rápido. Incluso una débil atmosfera de H y He mantenida por el campo magnético, de muy pocas micras.
Hacia abajo, superfluido rotatorio de fermiones en distintas densidades. El núcleo dios sabe, desde plasma de quark-gluones, hasta cualquier tipo de materia extraña que se te ocurra, pasando por sopa de piones y kaones. En cualquier caso estamos hablando de dinámica de QCD, superfluidos y superconductores similar a nada de lo que conocemos en nuestro mundo.

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B

#11 vaya que entonces en.una estrella de neutrones todo eso que vi en fisica nuclear de los modelos de capas no existe?

Ojo que deje la carrera antes de estudiar nuclear y lo que se es xq me baje un libro xd

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Kimura

#12 en las estrellas son mas de ponchos.

Tu que vas a dejar la carrera mangurrián, si te metieron pal campo a apañar aceitunas antes que acabaras la ESO xD

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B

#13 ojala fueran aceitunas que son faciles de recoger, se mete la maquina le empieza a dar meneos a als ramas recoges la red y pal carro.

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Kimura

#14 a maquina sera en tu pueblo que sois ricos macho. A vara y manta las he cogido yo asin de veces, asin :open_hands:

hda hp no me punishees por OT.

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B

#15 macho eso ya no se ahce en ningun lao, hay que ser muy cateto o cerrao pa hacerlo asi. Ahora se coge una desbrozadora y se le pone un cabezal que vibra asi con unos palos y eso va que da gusto xd. Una cuadrilla te coge unas cuantas toneladas en una jornada.

Y a mano se cogen al principio que me aprece una tonteria pero weno, el que apga manda

Muchas estrellas de neutrones sabeis por ahi pero de aceitunas ni puta idea

2
4 meses después
V

puede ser que allá , ya que el ser humano descubre cosas nuevas cada día

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