Este documento presenta información sobre los diferentes estados de la materia. Explica que existen cuatro estados principales: sólido, líquido, gaseoso y plasma. También describe dos estados más exóticos teorizados en los años 1920: el condensado de Bose-Einstein y el condensado fermiónico, los cuales se lograron producir experimentalmente décadas después. El documento provee detalles sobre las propiedades y aplicaciones potenciales de estos estados cuánticos de la materia.

1. LOS ESTADOS DE LALOS ESTADOS DE LA
MATERIAMATERIA
Estimados alumnos aquí encontrarasEstimados alumnos aquí encontraras
las propiedades de la materia ,quelas propiedades de la materia ,que
analizaremos en la clase realizandoanalizaremos en la clase realizando
grupos para seleccionar organigramasgrupos para seleccionar organigramas
conceptuales.conceptuales.
Objetivo : comprender ,analizar yObjetivo : comprender ,analizar y
aplicar las características de la materiaaplicar las características de la materia

2. REVISANDO ALGUNOS CONCEPTOSREVISANDO ALGUNOS CONCEPTOS
Fotón:Fotón: Unidad mínima de energía.Unidad mínima de energía.
Es el portador de todos los tipos deEs el portador de todos los tipos de
energía.energía.
Cuanto o quantum:Cuanto o quantum: Es la emisión descontinúaEs la emisión descontinúa
de energía por parte de los electrones yde energía por parte de los electrones y
partículas de masa muy pequeña.partículas de masa muy pequeña.
Nivel de energía:Nivel de energía: Valor cuantizado para laValor cuantizado para la
energía de un electrón.energía de un electrón.
Números cuánticos:Números cuánticos: Variables definidas paraVariables definidas para
un electrón.un electrón.

3. LOS QUARKSLOS QUARKSEn física de partículas,En física de partículas,
los quarks, junto con loslos quarks, junto con los
leptones, son losleptones, son los
constituyentesconstituyentes
fundamentales de lafundamentales de la
materiamateria y las partículasy las partículas
más pequeñas que elmás pequeñas que el
hombre ha logradohombre ha logrado
identificar.identificar.
Varias especies deVarias especies de
quarks se combinan dequarks se combinan de
manera específica paramanera específica para
formar partículas talesformar partículas tales
como protones ycomo protones y
neutrones.neutrones.

4. IMAGEN DE UN FOTÓNIMAGEN DE UN FOTÓN
Einstein le llamó cuanta de luzEinstein le llamó cuanta de luz
al fotón y explicó lo que eraal fotón y explicó lo que era
pero, no le creyeron, hasta quepero, no le creyeron, hasta que
lo demostró y construyó unlo demostró y construyó un
aparato, la celda fotoeléctrica, yaparato, la celda fotoeléctrica, y
le dieron un premio Nóbel.le dieron un premio Nóbel.
El fotón es la partícula queEl fotón es la partícula que
produce el rayo.produce el rayo. Hasta ahoraHasta ahora
hay siete rayos, del más fuertehay siete rayos, del más fuerte
al más débil: el rayo gamma, elal más débil: el rayo gamma, el
rayo x, el rayo ultravioleta, larayo x, el rayo ultravioleta, la
luz, el rayo infrarrojo, la micro-luz, el rayo infrarrojo, la micro-
onda y la onda radioonda y la onda radio..

6. IMAGEN DEL SOLIMAGEN DEL SOL
El sol la estrella mas cercana a laEl sol la estrella mas cercana a la
tierratierra
La estrella produce dos cosas:La estrella produce dos cosas:
1.- Magnetismo, consecuencia del1.- Magnetismo, consecuencia del
rayo y autor de las manchasrayo y autor de las manchas
solaressolares
2.- Fusión de núcleos de átomos2.- Fusión de núcleos de átomos
(dos núcleos que se estrellan)(dos núcleos que se estrellan)
El fotón seEl fotón se forma en el centroforma en el centro
denso de la estrella y se tomadenso de la estrella y se toma
bastante tiempo en salir pero yabastante tiempo en salir pero ya
afuera nos llega en 8.3 minutosafuera nos llega en 8.3 minutos
desde la estrella más cercana.desde la estrella más cercana.

7. IMAGEN DE UN QUANTUMIMAGEN DE UN QUANTUM

8. ¿De qué esta formada la¿De qué esta formada la
materia?materia?

10. - SÓLIDO
- LÍQUIDO Y
- GASEOSO
¿Existen solo tres estados¿Existen solo tres estados
de la materia?de la materia?

11. La mayor cantidad de materia en elLa mayor cantidad de materia en el
universo no se encuentra en ningunouniverso no se encuentra en ninguno
de estos estados:de estos estados:
Se encuentra en el estadoSe encuentra en el estado
de plasma (el 99%).de plasma (el 99%).
Considerado el cuarto estado de laConsiderado el cuarto estado de la
materiamateria

12. No sólo está en el Sol, también existe:No sólo está en el Sol, también existe:
- en el viento solar,en el viento solar,
- en la ionosfera yen la ionosfera y
- en la magnetosfera terrestres.en la magnetosfera terrestres.
Además se encontrarse en el interiorAdemás se encontrarse en el interior
de:de:
- nuestras lámparas fluorescentes,nuestras lámparas fluorescentes,
- letreros luminosos de neón,letreros luminosos de neón,
- luces urbanas,luces urbanas,
- bolas de plasma, etcétera.bolas de plasma, etcétera.

13. ¡¡¡Vivimos rodeados de plasma!!!¡¡¡Vivimos rodeados de plasma!!!
¿ Qué es el plasma?¿ Qué es el plasma?

14. El Plasma es....El Plasma es....
Un gas cuyos átomos estánUn gas cuyos átomos están
completamente ionizados alcompletamente ionizados al
someterlo a altas temperaturas osometerlo a altas temperaturas o
aplicarle corriente eléctrica.aplicarle corriente eléctrica.

15. El sistema consiste en electrones y
núcleos positivamente cargados.
Por diferentes causas (térmicas,
mecánicas) los átomos se rompen
quedando libres distintas
partículas: electrones negativos,
restos de átomos e iones positivos.

16. Toda la materia…Toda la materia…
se convierte en plasma ase convierte en plasma a
temperaturas bastantes altastemperaturas bastantes altas

17. ¿Existe otro estado de la¿Existe otro estado de la
materia ?materia ?

18. El Condensado Bosé-El Condensado Bosé-
EinsteinEinstein
Así bautizado en honor a los físicosAsí bautizado en honor a los físicos
S. Bosé y A. Einstein quienes en laS. Bosé y A. Einstein quienes en la
década de l920, idearon la hipótesisdécada de l920, idearon la hipótesis
matemática de su existencia.matemática de su existencia.
En la década de 1920,SatyendraEn la década de 1920,Satyendra
Nath Bosé estaba estudiando laNath Bosé estaba estudiando la
nueva idea (nueva en esa época) denueva idea (nueva en esa época) de
que la luz venía en pequeñosque la luz venía en pequeños
paquetes discretospaquetes discretos
(ahora llamados "quanta" o(ahora llamados "quanta" o
fotones").fotones").

19. Bosé asumió ciertas reglas paraBosé asumió ciertas reglas para
decidir cuándo dos fotonesdecidir cuándo dos fotones
deberían ser contados comodeberían ser contados como
idénticos o diferentes. Estas seidénticos o diferentes. Estas se
llaman las "Estadísticas de Bosé"llaman las "Estadísticas de Bosé"
(o a veces las "Estadísticas de(o a veces las "Estadísticas de
Bosé-Einstein").Bosé-Einstein").
A. Einstein sospechó que lasA. Einstein sospechó que las
mismas reglas deberían aplicarsemismas reglas deberían aplicarse
a los átomos.a los átomos.
El trabajó en la teoría de …El trabajó en la teoría de …
¿cómo los átomos de un gas se¿cómo los átomos de un gas se
comportarían si estas reglascomportarían si estas reglas
fueran aplicadas?fueran aplicadas?

20. Lo que encontró fue que lasLo que encontró fue que las
ecuaciones apuntaban a que noecuaciones apuntaban a que no
había mucha diferencia, excepto ahabía mucha diferencia, excepto a
muy bajas temperaturas. muy bajas temperaturas.
¡ Si los átomos estuvieran¡ Si los átomos estuvieran
suficientemente fríos!suficientemente fríos!
¿ algo muy poco usual debería¿ algo muy poco usual debería
ocurrir? ocurrir?
Era algo tan raro que él mismo noEra algo tan raro que él mismo no
estaba seguro de estar en lo cierto.estaba seguro de estar en lo cierto.

21. Puede ser descrito como:Puede ser descrito como:
El estado donde los átomos tienen la menorEl estado donde los átomos tienen la menor
carga posible de energía y el mayorcarga posible de energía y el mayor
orden.orden.
Por el hecho de haber sido enfriados losPor el hecho de haber sido enfriados los
átomos a temperaturas extremas, hasta elátomos a temperaturas extremas, hasta el
punto que los átomos se aglutinan en unapunto que los átomos se aglutinan en una
masa densa (melaza óptica) que hacemasa densa (melaza óptica) que hace
comportar a las partículas como un sólocomportar a las partículas como un sólo
átomo único, que forma una identidad deátomo único, que forma una identidad de
grupo y actúan sincrónica ygrupo y actúan sincrónica y
El Condensado Bosé-Einstein enEl Condensado Bosé-Einstein en
19241924

22. -- Si bien ambos predijeronSi bien ambos predijeron
teóricamente, en 1924, lateóricamente, en 1924, la
existencia de este nuevo estado.existencia de este nuevo estado.
- No fue hasta 1995 cuando losNo fue hasta 1995 cuando los
físicos E. A. Cornell, C.físicos E. A. Cornell, C.
E.Wieman E.Wieman
y W. Ketterle lo obtuvieron en ely W. Ketterle lo obtuvieron en el
laboratorio.laboratorio.
Un logro que les hizoUn logro que les hizo
merecedores del merecedores del Premio Nobel enPremio Nobel en

23. Desde el punto de vistaDesde el punto de vista
científico, este estado secientífico, este estado se
consigue a temperaturasconsigue a temperaturas
cercanas al cero absoluto (-273cercanas al cero absoluto (-273
ºC) y se caracteriza porque losºC) y se caracteriza porque los
átomos se encuentran todos en elátomos se encuentran todos en el
mismo lugar, formando un supermismo lugar, formando un super
átomo.átomo.

26. En Resumen tenemosEn Resumen tenemos

27. Sexto estado de la materiaSexto estado de la materia
Condensado fermiónicoCondensado fermiónico
Desarrollado teóricamente en 1999 porDesarrollado teóricamente en 1999 por
la U. de Colorado, el primerla U. de Colorado, el primer
condensado de condensado de FermiFermi constituido porconstituido por
átomos no fue creado hasta el 2003.átomos no fue creado hasta el 2003.
Es como una nube de átomos deEs como una nube de átomos de
potasio, congelados a una temperaturapotasio, congelados a una temperatura
de una billonésima de kelvin (10de una billonésima de kelvin (10-6-6
oo
0,000 001 K).0,000 001 K).
Una temperatura a la que la materiaUna temperatura a la que la materia
cesa en su movimiento.cesa en su movimiento.

28. Un fermión, llamado así en honor al célebre científicoUn fermión, llamado así en honor al célebre científico
italiano Enrico Fermi, es uno de los dos tipos básicositaliano Enrico Fermi, es uno de los dos tipos básicos
de partículas que existen en la naturaleza.de partículas que existen en la naturaleza.
Los fermiones se caracterizan por tener espín semi-Los fermiones se caracterizan por tener espín semi-
entero ½ y 3/2. Existen dos tipos los quarks yentero ½ y 3/2. Existen dos tipos los quarks y
leptones. Se consideran los constituyentes básicosleptones. Se consideran los constituyentes básicos
de la materia.de la materia.

29. Lo que le proporciona un valor de Lo que le proporciona un valor de supersuper
fluidezfluidez que le coloca a medio camino que le coloca a medio camino
entre el condensado de Bose-Einstein yentre el condensado de Bose-Einstein y
los superconductores.los superconductores.
Algo muy interesante, tanto en el terrenoAlgo muy interesante, tanto en el terreno
teórico, pues nos permitiría comprenderteórico, pues nos permitiría comprender
mejor la conducta mecánico-cuántica delmejor la conducta mecánico-cuántica del
átomo, como en el práctico, ya que nosátomo, como en el práctico, ya que nos
acercaría un poco más a losacercaría un poco más a los
superconductores y su más quesuperconductores y su más que
aprovechable comportamientoaprovechable comportamiento
energético.energético.

30. Perspectivas……
La condensación de Bose-Einstein se vaLa condensación de Bose-Einstein se va
perfilando como un nuevo campo de laperfilando como un nuevo campo de la
Física donde el control delFísica donde el control del
comportamiento cuántico de la materia acomportamiento cuántico de la materia a
escala macroscópica abre un inmensoescala macroscópica abre un inmenso
abanico de aplicaciones tales como:abanico de aplicaciones tales como:

31. Perspectivas…..Perspectivas…..
- el desarrollo de interferometría atómicael desarrollo de interferometría atómica
ultraprecisa ( para detectar las ondasultraprecisa ( para detectar las ondas
gravitacionales)gravitacionales)
- la obtención de relojes atómicos muchola obtención de relojes atómicos mucho
más estables que los actuales, ymás estables que los actuales, y
- el empleo de láseres de átomos parael empleo de láseres de átomos para
diseñar nano estructuras condiseñar nano estructuras con
extraordinaria precisión.extraordinaria precisión.

32. Recientemente el grupo de Colorado haRecientemente el grupo de Colorado ha
demostrado que en 85Rb es posibledemostrado que en 85Rb es posible
generar fuerzas atómicas repulsivas ygenerar fuerzas atómicas repulsivas y
atractivas produciendo la disolución delatractivas produciendo la disolución del
condensado, lo que permitiría reproducircondensado, lo que permitiría reproducir
condiciones extremas cruciales paracondiciones extremas cruciales para
comprender algunos procesos físicos quecomprender algunos procesos físicos que
tienen lugar en el interior de las estrellastienen lugar en el interior de las estrellas
enanas, o incluso en la vecindad de losenanas, o incluso en la vecindad de los
agujeros negros.agujeros negros.
Perspectivas…..Perspectivas…..

33. NOTICIASNOTICIAS
Recientemente, haciendo pasar rayos de luzRecientemente, haciendo pasar rayos de luz
láser por un Condensado de Bosé-Einstein, unláser por un Condensado de Bosé-Einstein, un
grupo de científicos de las Universidades degrupo de científicos de las Universidades de
Cambrige, Harvard y Stanford, con los doctoresCambrige, Harvard y Stanford, con los doctores
Han y Harris la cabeza.Han y Harris la cabeza.
¡ consiguieron reducir la velocidad de la luz !¡ consiguieron reducir la velocidad de la luz !
Que en condiciones normales se propaga aQue en condiciones normales se propaga a
razón de 300 mil kilómetros por segundo a tanrazón de 300 mil kilómetros por segundo a tan
sólo 61 kilómetros por hora (17 metros porsólo 61 kilómetros por hora (17 metros por
segundo)segundo)
Los fotones de luz al atravesar esa masa atómicaLos fotones de luz al atravesar esa masa atómica
tan especial, no se congelaron, pero quedarontan especial, no se congelaron, pero quedaron
casi inmóviles, se trasladaron 17 metros porcasi inmóviles, se trasladaron 17 metros por
segundo.segundo.
Velocidad a la que está acostumbrado elVelocidad a la que está acostumbrado el
hombre hombre

34. Cuando la onda de luz impactó en losCuando la onda de luz impactó en los
átomos de gas congelado casi alátomos de gas congelado casi al cerocero
absolutoabsoluto, los fotones se, los fotones se
enlentecieron. enlentecieron.
La información que transportaba,La información que transportaba,
quedó impresa en los átomos de sodioquedó impresa en los átomos de sodio
y de rubidio que conforman el medioy de rubidio que conforman el medio
del Condensado de Bosé-Einstein,del Condensado de Bosé-Einstein,
mantenido a casi cero grado Kelvin.mantenido a casi cero grado Kelvin.
La luz almacenada fue reconstruidaLa luz almacenada fue reconstruida
en gran proporción y el pulsoen gran proporción y el pulso
regenerado trasmitió la información, regenerado trasmitió la información,
según informan los investigadores desegún informan los investigadores de
las bajas temperaturas.las bajas temperaturas.

35. ¿Qué aportes ofrece este¿Qué aportes ofrece este
descubrimiento?descubrimiento?
Actualmente, con la luz, son necesarios hacesActualmente, con la luz, son necesarios haces
muy intensos con gran cantidad de energías paramuy intensos con gran cantidad de energías para
conseguir, por ejemplo, efectos ópticos en lasconseguir, por ejemplo, efectos ópticos en las
telecomunicaciones.telecomunicaciones.
La luz retardada, gracias al frío extremo,La luz retardada, gracias al frío extremo,
ofrecerá una nueva clase de óptica, donde unofrecerá una nueva clase de óptica, donde un
pequeño número de fotones, conseguiría efectopequeño número de fotones, conseguiría efecto
similar al de haces luminosos muy potentes.similar al de haces luminosos muy potentes.
En la computación del futuro, es posible que losEn la computación del futuro, es posible que los
simples fotones de luz, reemplacen los pulsossimples fotones de luz, reemplacen los pulsos
eléctricos de los electrones, los circuitos seráneléctricos de los electrones, los circuitos serán
mucho menores, disiparán muy pequeñasmucho menores, disiparán muy pequeñas
fracciones de calor, lo que permitirá revolucionarfracciones de calor, lo que permitirá revolucionar
el tamaño, la agilidad y rapidez del procesador.el tamaño, la agilidad y rapidez del procesador.

36. Gracias a las nuevas tecnologías, seGracias a las nuevas tecnologías, se
harán máquinas ó ¿cerebros? ópticosharán máquinas ó ¿cerebros? ópticos
que funcionen con fotones en lugar deque funcionen con fotones en lugar de
los ya citados electrones.los ya citados electrones.
Se harán nuevos tipos de láser, muchoSe harán nuevos tipos de láser, mucho
más versátiles que los actuales.más versátiles que los actuales.
Mejorarán notablemente los equipos deMejorarán notablemente los equipos de
visión nocturna.visión nocturna.
Las líneas telefónicas que utilizan fibrasLas líneas telefónicas que utilizan fibras
ópticas necesitarán muchas vecesópticas necesitarán muchas veces
menos potencia que los actuales entremenos potencia que los actuales entre
otros.otros.
Las imágenes de televisión seránLas imágenes de televisión serán
favorecidas por los haces de luzfavorecidas por los haces de luz
retardados por los átomos de elementosretardados por los átomos de elementos
a muy baja temperatura en la Melazasa muy baja temperatura en la Melazas
Ópticas.Ópticas.

37. Estados de la MateriaEstados de la Materia

38. Cuando se habla de losCuando se habla de los
estados de la materia…estados de la materia…
El tiempo es una variable muyEl tiempo es una variable muy
importante.importante.
Ciertos materiales pueden serCiertos materiales pueden ser
clasificados como sólidos oclasificados como sólidos o
líquidos dependiendo de lalíquidos dependiendo de la
escala de tiempo en queescala de tiempo en que
realicemos la observación.realicemos la observación.

39. Las escalas de tiempoLas escalas de tiempo
Se refieren a períodos naturalesSe refieren a períodos naturales
de tiempo referidos a un sistemade tiempo referidos a un sistema
en particular.en particular.

40. Por ejemploPor ejemplo
Si el sistema es un ser humanoSi el sistema es un ser humano
como nosotros, una escala decomo nosotros, una escala de
tiempo humana puede ser deltiempo humana puede ser del
orden de una vida humanaorden de una vida humana
(vale decir, entre 70 y 100 años),(vale decir, entre 70 y 100 años),

41. Por otra parte, la escala dePor otra parte, la escala de
tiempo del universo es del ordentiempo del universo es del orden
de los 13.000 millones de años.de los 13.000 millones de años.
Asimismo, la escala de tiempoAsimismo, la escala de tiempo
de algunas bacterias se reduce ade algunas bacterias se reduce a
tan solo unas cuantas horas.tan solo unas cuantas horas.

42. Ciertos materiales poseenCiertos materiales poseen
escalas de tiempo deescalas de tiempo de
deformación que son superioresdeformación que son superiores
al período durante el cualal período durante el cual
podemos realizar algunapodemos realizar alguna
observación.observación.
En otros casos......

43. Tal es el caso delTal es el caso del
asfalto.asfalto.
Si ponemos una bola de asfaltoSi ponemos una bola de asfalto
dentro de un recipiente, veremosdentro de un recipiente, veremos
que este no cambia su forma deque este no cambia su forma de
bola.bola.
Sin embargo, si la volvemos aSin embargo, si la volvemos a
ver dentro de 500 años,ver dentro de 500 años,
seguramente constataremos queseguramente constataremos que
esta adoptó la forma delesta adoptó la forma del
recipiente.recipiente.
Entonces, ¿el asfalto es un sólidoEntonces, ¿el asfalto es un sólido

44. Propiedades específicas dePropiedades específicas de
la materiala materia
DurezaDureza
DensidadDensidad
DuctilidadDuctilidad
SolubilidadSolubilidad
MaleabilidadMaleabilidad
Punto de ebulliciónPunto de ebullición
Estado de agregaciónEstado de agregación

45. Propiedades de los SólidosPropiedades de los Sólidos
No son fluidosNo son fluidos
Tienen forma definidaTienen forma definida
Alto poder de agregaciónAlto poder de agregación
Son resistentes a la deformaciónSon resistentes a la deformación
Son incompresibles prácticamenteSon incompresibles prácticamente
Tienen densidades más elevadas que losTienen densidades más elevadas que los
líquidoslíquidos
Algunos sólidos no difunden o lo hacen muyAlgunos sólidos no difunden o lo hacen muy
lentolento
Sus partículas sólo poseen movimientoSus partículas sólo poseen movimiento
vibracionalvibracional
Tienen disposición ordenada de moléculas muyTienen disposición ordenada de moléculas muy
próximas entre sipróximas entre si

46. Propiedades de los líquidosPropiedades de los líquidos
Son fluidosSon fluidos
No tienen forma definidaNo tienen forma definida
Tienen un volumen definidoTienen un volumen definido
Tienen densidades elevadasTienen densidades elevadas
Son ligeramente compresiblesSon ligeramente compresibles
Difunden a través de otros líquidosDifunden a través de otros líquidos
Su poder de agregación es medianoSu poder de agregación es mediano
Tienen moléculas desordenadas peroTienen moléculas desordenadas pero
próximas entre sípróximas entre sí
Sus partículas poseen movimientos deSus partículas poseen movimientos de
azar y en tres dimensionesazar y en tres dimensiones

47. Propiedades de los gasesPropiedades de los gases
Son fluidosSon fluidos
Son compresiblesSon compresibles
Tienen baja densidadTienen baja densidad
Difunden rápidamenteDifunden rápidamente
No tienen forma definidaNo tienen forma definida
Su poder de agregación es bajoSu poder de agregación es bajo
Tienen moléculas extremadamenteTienen moléculas extremadamente
desordenadasdesordenadas
Sus partículas poseen movimientosSus partículas poseen movimientos
rápidos al azar y en tres dimensionesrápidos al azar y en tres dimensiones

48. RESUMENRESUMEN
1.-¿Cuáles son los estados de la materia?1.-¿Cuáles son los estados de la materia?
2.-¿Cuáles son las propiedades especificas de2.-¿Cuáles son las propiedades especificas de
la materia? Describe cada una de ellasla materia? Describe cada una de ellas
3.-Describe las características de los3.-Describe las características de los
a) sólidosa) sólidos
b) Líquidosb) Líquidos
c) Gasesc) Gases
d) Plasma yd) Plasma y
e) Bose-e) Bose-EinsteinEinstein