PLASMA Y CONDENSADO

Introducción

Normalmente la materia se clasifica en uno de tres estados: sólido, líquido o gaseoso. A veces este sistema de clasificación se amplia para abarcar un cuarto estado que se conoce como plasma. Y también la existencia de un quinto estado que ha sido uno de los acontecimientos más importantes de la física moderna: condensación de Bose-Einstein.

1. Plasma: el cuarto estado de la materia.

Cuando la materia se calienta a elevadas temperaturas, muchos de los electrones que rodean cada átomo se liberan del núcleo y la sustancia resultante es un conjunto de partículas libres, eléctricamente cargadas, es decir, electrones con carga negativa e iones con carga positiva. Esta sustancia altamente ionizada que contiene iguales cantidades de carga positiva y negativa es un plasma. (Serway & Faughn, Estados de la materia, 2005)

El término plasma fue introducido por Irving Langmuir en 1928, en referencia a una mezcla de átomos neutros, iones y electrones que casi presentaba neutralidad eléctrica, como se muestra en la figura 1. Hoy en día, el plasma sigue siendo considerado como el cuarto estado de la materia y representa aproximadamente el 98% de la materia del universo. (Pacheco Sotelo, 2002)[pic 1]

[pic 2]

Características del estado de plasma

Debido a la gran movilidad de los electrones, los plasmas son buenos conductores eléctricos y buenos conductores térmicos. Otra característica de los plasmas es su capacidad de permitir la propagación y transmisión de ondas electrostáticas y electromagnéticas en una gran diversidad de modos. Los plasmas son también son buenos emisores de radiaciones en un espectro muy amplio. En la figura 1 se muestras ejemplos de plasmas naturales: la ionosfera, que es una capa de plasma que sirve como escudo de protección a los seres vivos contra los rayos ultravioleta del sol. Otro plasma natural que se presenta de manera espectacular en la Tierra es la aurora boreal. Entre los plasmas creados por el hombre se encuentra el plasma térmico, el cual tiene muchas aplicaciones industriales, la más conocida es la del arco eléctrico para soldadura. (Pacheco Sotelo, 2002)

Aplicaciones industriales de los plasmas

Los plasmas ofrecen principalmente dos características de interés industrial: pueden alcanzar temperaturas y densidades energéticas mayores que las obtenidas mediante cualquier método convencional y pueden producir especies activas energéticas que inicien reacciones químicas o cambios físicos que difícilmente se producen en reacciones químicas ordinarias. Mediante la tecnología de plasma, se fabrican semiconductores y dispositivos avanzados de microondas. (Pacheco Sotelo, 2002)

Como herramienta, el cuarto estado de la materia se emplea para el corte y soldadura de metales, en la limpieza de superficies, procesado de plásticos o polímeros, purificación de gases de combustión, tratamiento de residuos, en la realización de análisis químicos, para esterilización de material médico, e incluso en el tratamiento de textiles para mejorar los procesos de teñido o para imbuir a un tejido de la capacidad de repeler el agua. (De los Arcos & Tanarro, 2011)

1. El condesado de Bose-Einstein.

Un nuevo estado de la materia, conocido como el condesado de Bose-Einstein, se predijo en 1924 por el científico indio Satyendra Nath Bose y por el muy conocido Albert Einstein, pero no fue sino hasta 1995 el año en que se logró obtenerlo. El condesado se logra enfriando muchísimo a un conjunto de átomos (del orden de miles), los cuales entonces se compactan entre sí formando un solo objeto, como se muestra en la figura 2. Es muy laborioso enfriar átomos a las temperaturas necesarias (muy cerca del cero absoluto) y además confinarlos. Para esto, se utilizan varios imanes y láseres. Esta sustancia tiene varias propiedades, como el fenómeno de autoconfinamiento, un fenómeno que no se observa en los sistemas cuánticos ordinarios. (Torres Vega, 2008)[pic 3][pic 4]

...