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Una nueva forma de la materia podría existir más allá de la tabla periódica

19/06/2018 -
nmas1.org

Con una masa atómica de 294, el elemento que se lleva la medalla al más pesado en la tabla periódica es el oganesson, que fue nombrado oficialmente en 2016. Como todos los elementos en la tabla periódica, casi toda la masa de oganesson proviene de protones y neutrones (tipos de bariones) que están hechos de tres quarks cada uno. Una característica crucial de toda la materia bariónica conocida es que sus quarks están unidos de manera inseparable. Como las partículas hechas de quarks unidos (como protones y neutrones) se llaman hadrones, los científicos se refieren al estado fundamental de la materia bariónica como "materia hadrónica".

Pero el oganesson podría ser uno de los últimos de su tipo. En un nuevo documento publicado en Physical Review Letters, científicos de la Universidad de Toronto (Canadá) predicen que los elementos con masas superiores a 300 pueden estar compuestos de quarks, de la misma clase de los que están hechos los protones y los neutrones, que fluyen libremente hacia arriba y hacia abajo y no estarían agrupados de tres en tres. Los científicos predicen que este tipo de materia, llamada udQM, sería estable para elementos extremadamente pesados que podrían existir justo después del final de la tabla periódica actual. Según un artículo publicado en Phys.org, lo importante de este descubrimiento es que, si se pudiera producir esta materia en la Tierra, tendría potencial para ser utilizada como una nueva fuente de energía.

Que la materia quark pueda estar justo más allá de la tabla periódica es algo sorprendente porque, en general, se cree que la materia quark solo existe en ambientes extremos, como los núcleos de estrellas de neutrones, colisionantes de iones pesados, hipotéticas estrellas de quarks y dentro del primeros milisegundos del universo temprano. Cuando se produce en un colisionador, la materia del quark típicamente se descompone en una fracción de segundo en una materia hadrónica estable (con quarks unidos).

Nuevas formas de energía

Sin embargo, la idea de que algún tipo de materia quark pueda formar el estado base de la materia bariónica no es nueva. En un famoso artículo de 1984, el físico Edward Witten sugirió que la materia extraña del quark (SQM) podría cumplir esta función. Sin embargo, SQM consiste en cantidades comparables de quarks arriba, quarks abajo y quarks extraños. Uno de los nuevos resultados del último estudio es que la materia de quarks sin quarks extraños, es decir, udQM, tiene una menor energía por barión que SQM o la materia hadrónica, por lo que es energéticamente favorable.

Los autores de la investigación esperan que, si la masa mínima de elementos con un estado fundamental udQM no es mucho mayor que 300, puede ser posible producir esta nueva forma de materia estable fusionando algunos de los otros elementos pesados. Uno de los desafíos será suministrar suficientes neutrones en la reacción, pero opinan que udQM podría ser más fácil de producir que SQM. Una razón de su optimismo es que los nuevos resultados apuntan a la existencia de un "continente de estabilidad", una gran región en la que udQM puede tener la configuración más estable, lo que puede orientar los intentos futuros de producción. Si la producción de udQM presenta dificultades, los investigadores observan que también se puede buscar en la Tierra, ya que puede llegar a través de los rayos cósmicos y quedar atrapada en la materia normal. En el futuro, los investigadores planean explorar la posibilidad de buscar materia de quarks, tanto en la Tierra como en lugares más distantes.

Si los científicos pueden producir o encontrar materia de quarks de cualquier tipo, una aplicación potencial muy intrigante es la generación de energía: “Si se encuentra materia de quark (o se produce en aceleradores), puede almacenarse y luego alimentarse 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". Afirman que, a diferencia de la fusión nuclear, este es un proceso que debería ser fácil de iniciar y controlar.

En 2016, se agregaron cuatro elementos nuevos a la tabla periódica: nihonio, moscovio, tennessina y oganesón. Sus números atómicos, es decir, el número de protones en el núcleo que determina sus propiedades químicas y su lugar en la tabla periódica, son 113, 115, 117 y 118, respectivamente. A punto de cumplir 150 años (fue formulada inicialmente por Dmitry Mendeleev en 1869), la Tabla Periódica de Elementos Químicos, podría encontrarse en el final de su recorrido tal como la conocemos. Todos los elementos con más de 104 protones están etiquetados como "superpesados", y son parte de una vasta y desconocida tierra que los científicos están tratando de descubrir. Se predice que los átomos con hasta 172 protones pueden formar físicamente un núcleo unido por la fuerza nuclear. Esa fuerza es lo que impide su desintegración, pero solo por unas pocas fracciones de segundo. Estos núcleos hechos en laboratorio son muy inestables y se descomponen espontáneamente poco después de formarse. En los más pesados, este proceso podría ser tan rápido que no daría tiempo para atraer y capturar un electrón para formar un átomo. Pasarán toda su vida como congregaciones de protones y neutrones.

Esta probable configuración desafia la forma en que los científicos definen y entienden hoy "átomos". Si se confirmara, dejaría de poderse describir el átomo como un núcleo central con electrones que lo orbitan, como planetas que se mueven alrededor del sol. Pero si estos núcleos se pueden formar o no, sigue siendo un misterio. Para resolverlo, los científicos van sintetizando elemento por elemento, si se encuentra el elemento 119, se agregará un octavo período a la tabla periódica. Witek Nazarewicz, físico de la Universidad Estatal de Michigan (EE.UU.) dijo que el descubrimiento podría no estar muy lejos: "Pronto. Podría ser ahora, o en dos o tres años. No lo sabemos. Los experimentos están en curso".