• ciência dura

Plasma e os estranhos estados da matéria feitos de átomos quebrados

• Além dos três estados comuns da matéria (sólido, líquido e gasoso), existem outros estados, como plasma, plasma de quark-gluon e matéria degenerada.
• Esses estranhos estados da matéria raramente são encontrados na Terra, mas existem no espaço, geralmente nas estrelas.
• A teoria prevê a existência de estrelas com estados de matéria ainda mais estranhos, mas estes não foram detectados pelos astrofísicos.

Quase toda matéria com a qual interagimos diariamente está em um dos três estados simples. nosso em grande parte líquido corpos ficam em pé sólido chão e respirar ar feito de gás . Mas há muito mais do que apenas esses três, alguns dos quais são muito estranhos e criados pela quebra de átomos.

Os estados habituais da matéria

Um sólido é tipicamente a forma menos energética de qualquer matéria particular. Resfrie qualquer tipo de matéria até o zero absoluto e, em algum lugar ao longo do caminho, quase sempre se condensará em uma forma sólida. Adicione calor e o sólido derreterá em um líquido. Seus átomos são liberados de suas posições bloqueadas para vagar, mas não são tão livres a ponto de voar para longe. Continue adicionando calor (e/ou abaixe a pressão), e o líquido ferve em um gás. As partículas que constituem a matéria gasosa têm energia suficiente para deixar as outras partículas para trás e explorar os limites de seu confinamento.

Nesses estados, cada átomo permanece intacto: os elétrons cercam os núcleos feitos de prótons e nêutrons. Mas adicionar energia ou aplicar pressão pode quebrar os átomos para revelar novos estados da matéria.

Plasma

o mais simples é plasma , em que os elétrons são arrancados de seus núcleos. Pense em sinais de néon brilhantes. Dentro desses tubos brilhantes está um gás ionizado de átomos carregados positivamente (íons) e elétrons livres, banhados por um fluxo de fótons. emitido por elétrons saltando entre diferentes níveis de energia.

Um gás pode ser ionizado em plasma através do aquecimento. Em altas temperaturas, as colisões entre átomos em alta velocidade são violentas o suficiente para expulsar os elétrons dos núcleos. O plasma também pode ser criado colocando gás em um forte campo elétrico e atirando elétrons nele. Os elétrons liberados são acelerados pelo campo elétrico, que os transforma em balas adicionais, impactando mais átomos e liberando ainda mais elétrons – semelhante a uma reação nuclear em cadeia.

O plasma não é particularmente comum na superfície da Terra, mas existe no espaço. O Sol é predominantemente feito de plasma, assim como algumas camadas da atmosfera superior da Terra. A ionosfera recebe o nome de seu gás ionizado. Dentro dela, uma região quente chamada termosfera produz auroras visíveis. O plasma em cada um desses sistemas é frequentemente conhecido pela luz brilhante de seus fótons.

Plasma de quark-gluon

Liberar um elétron de um átomo é relativamente simples em comparação com a desmontagem de seu núcleo. Mas isso também pode ser feito, e o resultado é uma plasma quark-gluon .

Experimentos de partículas de alta energia colidem nêutrons e prótons, e eles se fragmentam em partículas menores chamadas quarks. Quando os quarks são separados uns dos outros, pequenas partículas portadoras de força chamadas glúons voar entre eles. Como o plasma descrito acima, os quarks são análogos às partículas carregadas positivamente, enquanto os glúons brilhantes são análogos aos fótons.

É difícil descrever esse estranho estado da matéria porque está muito distante da experiência humana. Minúsculos bolsões dele são criados em aceleradores de partículas gigantes . O plasma de quark-gluon tem uma temperatura tão alta - trilhões de graus - que os físicos lutam para descobrir como medir isso , e o plasma quark-gluon desaparece em menos de um bilionésimo de trilionésimo de segundo . Na natureza, os plasmas de quark-gluon provavelmente só existiram nos primeiros momentos após o Big Bang.

matéria degenerada

Há outras coisas estranhas por aí. Anãs brancas e estrelas de nêutrons são feitas de matéria degenerada . Um átomo típico tem um núcleo minúsculo contendo quase toda a sua massa, cercado por uma grande quantidade de espaço quase vazio povoado por uma fina névoa de elétrons leves. A matéria degenerada colapsa esse espaço vazio e embala o que resta com partículas.

Enquanto os plasmas liberam pedaços subatômicos de matéria de suas ligações uns com os outros, a matéria degenerada os confina em uma prisão terrivelmente lotada. Ele se forma quando a matéria regular é esmagada sob uma pressão inimaginável, espremida até desmoronar. A força gravitacional presente em uma estrela em implosão é tão grande que supera toda a resistência, exceto as barreiras mecânicas quânticas finais que mantêm as partículas subatômicas separadas. (Neste ponto, a matéria está a apenas um passo de se tornar um buraco negro, onde a gravidade supera até mesmo a mecânica quântica.)

Uma anã branca é uma estrela feita de matéria degenerada de elétrons . Uma estrela de massa semelhante ao nosso Sol, passou por seus estágios de ciclo de vida - anã amarela, gigante vermelha e assim por diante — e exauriu o que restava de seu combustível para a energia de fusão. Incapaz de se sustentar, a estrela posteriormente implode. O engenhoso astrofísico Subrahmanyan Chandrasekhar calculado que a resistência dos elétrons a serem agrupados, governada pela mecânica quântica, poderia interromper o colapso antes que atingisse um estado de buraco negro. Chandrasekhar concluiu aquele material da anã branca era tão denso que uma xícara poderia pesar várias centenas de toneladas.

As estrelas de nêutrons estão sob pressão ainda mais extrema. Eles contêm mais massa do que as anãs brancas, e sua gravidade mais forte supera a capacidade da matéria degenerada de elétrons de resistir à sua pressão. Os elétrons e núcleos são esmagados em uma única massa sólida. Elétrons carregados negativamente e prótons carregados positivamente são empurrados juntos, criando nêutrons adicionais. O colapso gravitacional total é evitado apenas pelos nêutrons compactados se repelindo mecanicamente um ao outro. Enquanto uma bola de beisebol pesa alguns gramas, um pedaço de uma estrela de nêutrons do tamanho de uma bola de beisebol pesa cerca de 10 ¹⁷ gramas - cerca de cem trilhões de libras.

Ainda pode haver objetos estranhos por aí, incluindo estrelas exóticas hipotéticas. A quark estrela seria uma estrela de nêutrons na qual a gravidade comprimiu os nêutrons em seus quarks componentes. Se a repulsão entre os quarks for suficiente para evitar a gravidade, esse objeto pode se manter estável. Em pressões ainda maiores, a teoria sugere que alguns quarks se tornariam quarks estranhos , formando assunto estranho e criando um estrela estranha . Mas essas especulativas estrelas de matéria degenerada não foram observado convincentemente pelos astrofísicos.

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