Materia extraña para niños
La materia extraña es un concepto fascinante en la física nuclear, la física de partículas y la astrofísica. Se refiere a un tipo especial de materia hecha de partículas muy pequeñas llamadas quarks.
Hay dos formas principales de entender qué es la materia extraña:
- En un sentido más amplio, la materia extraña es simplemente materia de quarks que contiene tres tipos o "sabores" de quarks: arriba, abajo y extraño. Cuando la materia normal (como la que forma los protones y neutrones en los átomos) se comprime mucho, los protones y neutrones pueden romperse en sus quarks componentes, formando así materia de quarks, que probablemente sería materia extraña. Esto ocurre a presiones y densidades muy altas.
- En un sentido más específico, la materia extraña se refiere a la materia de quarks que es más estable que la materia nuclear normal. Esta idea se conoce como la "hipótesis de la materia extraña", propuesta por A. Bodmer y Edward Witten. Según esta hipótesis, el estado más fundamental y estable de la materia sería siempre la materia de quarks. Esto significaría que los núcleos de los átomos que vemos a nuestro alrededor son un poco inestables y, con el tiempo suficiente o el estímulo adecuado, podrían transformarse en pequeñas "gotas" de materia extraña, llamadas "strangelets".
Contenido
Materia extraña en estrellas de neutrones
Bajo la definición más amplia, la materia extraña podría existir en el interior de las estrellas de neutrones. Una estrella de neutrones es lo que queda después de que una estrella muy grande explota en una supernova. El centro de la estrella se colapsa sobre sí mismo debido a su propia gravedad, comprimiéndose con una fuerza increíble. Si la presión en su núcleo es lo suficientemente alta, la materia se vuelve tan densa que los quarks se liberan y forman materia de quarks, que sería materia extraña.
La materia extraña es una forma de materia extrema que se cree que podría ser incluso más estable que la materia normal que conocemos. Es probable que este tipo de materia se forme en el centro de las estrellas de neutrones, porque a esas presiones extremas, los quarks arriba y abajo pueden transformarse en quarks extraños, lo cual es energéticamente favorable. Se ha pensado que otros quarks más pesados, como los quarks encantados, también podrían aparecer en estrellas de neutrones muy compactas, pero esto requeriría densidades aún mayores y no se sabe con certeza si es posible.
Una estrella de neutrones que tiene un núcleo de materia de quarks a menudo se llama una estrella híbrida. Sin embargo, es difícil saber si estas estrellas híbridas existen realmente, porque los científicos aún no tienen una idea precisa de la presión o densidad exacta a la que ocurre esta transformación. Se cree que la transición a la materia de quarks podría ocurrir cuando los nucleones (protones y neutrones) están muy juntos, pero calcularlo con exactitud es complicado debido a la interacción fuerte que rige el comportamiento de los quarks.
Los físicos están trabajando para encontrar señales que nos permitan saber, a partir de las observaciones de estas estrellas desde la Tierra, si tienen materia de quarks (probablemente materia extraña) en su centro.
La hipótesis de la materia extraña: ¿Es la materia extraña el estado más estable?
Normalmente, pensamos que la materia que nos rodea, donde los quarks están unidos dentro de partículas individuales llamadas hadrones (como protones y neutrones), es el estado más básico y estable. Todo lo que observamos en el universo, desde los átomos en la Tierra hasta las estrellas lejanas, parece estar hecho de esta materia. Sin embargo, no hay una prueba definitiva que demuestre que este estado sea el más estable de todos. Podría ser que sea un estado muy duradero, pero no el más estable.
La hipótesis de la materia extraña sugiere que un estado diferente, la materia de quarks extraña, podría ser la forma más estable de materia. Aunque esto podría parecer extraño, ya que todo lo que conocemos es el estado normal, esta hipótesis es compatible con todo lo que sabemos sobre el universo. El universo se habría desarrollado de la misma manera y se vería igual si esta hipótesis fuera cierta. Solo a lo largo de mucho tiempo, como el tiempo de vida de las estrellas, la materia normal podría transformarse en materia extraña.
Una forma en que esto podría suceder es a través de la formación de estrellas de neutrones. Estas estrellas tienen núcleos tan densos que la materia podría transformarse en materia de quarks. En este proceso, una fuerza llamada interacción débil podría convertir aproximadamente un tercio de los quarks en quarks extraños, porque a alta densidad, este estado tiene menos energía. Si la materia extraña fuera el estado más estable, entonces una vez que el núcleo de una estrella se convierte, no habría nada que impidiera que toda la estrella se transformara.
Si la "hipótesis de la materia extraña" es verdadera, entonces la materia nuclear normal es un poco inestable y podría transformarse en materia extraña. Este proceso es muy lento, por lo que no lo vemos ocurrir a nuestro alrededor. Sin embargo, bajo esta hipótesis, debería haber materia extraña en el universo de las siguientes formas:
- Las estrellas de quarks (a menudo llamadas "estrellas extrañas") estarían hechas de materia de quarks desde su centro hasta su superficie. Tendrían un diámetro de varios kilómetros y podrían tener una capa muy delgada de materia nuclear.
- Los strangelets son pequeñas partículas de materia extraña, quizás tan pequeñas como los núcleos atómicos. Se producirían cuando las estrellas extrañas se forman o chocan entre sí.
¿Qué pasaría si un strangelet chocara con la Tierra?
Si hubiera strangelets viajando por el universo, ocasionalmente uno de ellos podría chocar con la Tierra, como un tipo especial de rayo cósmico. Esto plantea la pregunta de si un strangelet del espacio podría transformar todo el planeta en materia extraña.
La idea es que un strangelet podría chocar con un núcleo atómico, haciendo que se transforme en materia extraña. Esto liberaría energía y enviaría más strangelets volando en todas direcciones. Estos nuevos strangelets chocarían con otros núcleos y los transformarían, creando una reacción en cadena. Al final, los núcleos de todos los átomos se habrían transformado.
Sin embargo, la mayoría de los científicos creen que esto no ocurriría. La mayoría de los modelos predicen que los strangelets, al igual que los núcleos atómicos, tienen una carga positiva. Esto significa que se repelen entre sí, lo que haría muy difícil que un strangelet se uniera a un núcleo y comenzara una reacción en cadena.
De hecho, cuando se inició el experimento del Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) en Brookhaven, se plantearon preocupaciones similares sobre la posible creación de strangelets. Un análisis detallado concluyó que las colisiones en el RHIC son similares a las que ocurren naturalmente cuando los rayos cósmicos atraviesan el sistema solar. Si un desastre así fuera posible, ya lo habríamos observado.
En el caso de una estrella de neutrones, sin embargo, una transformación de este tipo parece mucho más probable. Una estrella de neutrones es, en cierto modo, un núcleo gigante (de unos 20 kilómetros de diámetro) mantenido unido por la gravedad. Si un strangelet chocara con una estrella de neutrones, podría convertir una pequeña parte de ella, y esa región podría crecer hasta transformar toda la estrella.
La hipótesis de la materia extraña es una idea que aún se debate entre los expertos. Algunos creen que si fuera cierta, todas las estrellas que observamos como estrellas de neutrones deberían ser en realidad estrellas extrañas. Pero hay pruebas que sugieren que al menos algunas de ellas no lo son y tienen capas gruesas de materia nuclear normal.
Véase también
En inglés: Strange matter Facts for Kids
