Materia (física)

Por ejemplo, a principios del siglo XVIII, Isaac Newton consideraba la materia como "sólida, con masa, dura, impenetrable y con partículas móviles", que eran "incluso tan duras que nunca podrían romperse en pedazos".

Hoy en día, conocemos que incluso los protones y neutrones no son indivisibles, pudiendo ser divididos en quarks, mientras que los electrones son parte de una familia de partículas llamadas leptones.

[11]​ Las partículas que transportan fuerza no son componentes básicos de la materia.

[13]​ [14]​ La materia se dice comúnmente que existe en cuatro estados (o fases): sólido, líquido, gas y plasma.

[15]​ En física y en química, la materia exhibe tanto propiedades ondulatorias como corpusculares, es la llamada dualidad onda-partícula [16]​ [17]​ .

[18]​ En el ámbito de la cosmología, extensiones del término “materia” son invocadas para incluir a la materia oscura y la energía oscura, conceptos introducidos para explicar algunos fenómenos aislados del universo observable, como las curva de rotación galáctica.

[19]​ La definición común de materia es “algo que posee masa y volumen” (ocupa un espacio).

Esta definición sólo sería aplicable a la materia ordinaria o bariónica, que según las estimaciones forma menos del 5% de la materia, en sentido amplio, que forma el universo.

Alternativamente, también se puede adoptar la “definición basada en protones, neutrones y electrones " siguiente.

Todas las partículas que constituyen la materia, como electrones, protones y neutrinos, son fermiones.

La definición de materia ordinaria basada en los quark y leptones ordinaria, sin embargo, no solamente identifica los componentes básicos elementales de la materia, sino que también incluye los agregados formados con estos constituyentes (átomos y moléculas, por ejemplo).

Una molécula es la partícula más pequeña de la materia en la que un cuerpo puede dividirse sin perder su identidad.

En los nanomateriales, el amplio incremento del área superficial respecto al volumen hace que la materia pueda presentar propiedades totalmente diferentes de las del material macroscópico, y que no será bien descrito por cualquiera de las fases a nivel macroscópico (ver nanomateriales para más detalles).

En un líquido, los componentes se tocan frecuentemente, pero son capaces de moverse entre sí.

[51]​ El plasma presenta un comportamiento peculiar de largo alcance fuerzas de Coulomb ya que las partículas se mueven en campos electromagnéticos generados por cuenta propia y debido a sus propios movimientos.

[52]​ El término “plasma” se aplicó por primera vez por Lewi Tonks e Irving Langmuir en 1929, a las regiones interiores de un gas ionizado brillante producido por descarga eléctrica en un tubo .

Los fermiones pueden ser elementales, como el electrón, o compuestos, como el protón y el neutrón.

En el Modelo estándar hay dos tipos de fermiones elementales: los quarks y leptones, que se exponen a continuación.

Los quarks son partículas masivas, y por lo tanto también están sujetos a la gravedad.

El término barión se utiliza generalmente para referirse a triquarks (partículas compuestas de tres quarks).

Se conocen bariones "exóticos" formados por cuatro quarks y un antiquark denominados pentaquarks, pero su existencia no es generalmente aceptada.

Esta parte del universo no incluye la energía oscura, la materia oscura, los agujeros negros o las diversas formas de materia degenerada, como las estrellas enanas blancas y estrellas de neutrones.

La materia degenerada se cree que ocurre durante la evolución de estrellas pesadas.

[71]​ La materia degenerada incluye la parte del universo que está compuesto por estrellas de neutrones y enanas blancas.

A una densidad suficientemente alta, la materia extraña se espera que sea superconductor de color.

Los leptones también sufren la desintegración radiactivo, por lo que están sujetos a la interacción débil.

[80]​ [81]​ En astronomía y cosmología, la materia oscura es materia de composición desconocida que no emite o refleja bastante radiación electromagnética como para ser observada directamente, pero cuya presencia se infiere de sus efectos gravitacionales sobre la materia visible [85]​ [86]​ Evidencias observacionales del universo próximo y de la teoría del big bang requieren que esta materia tenga energía y masa, pero no estar formada por los correspondientes fermiones elementales (como la anterior) o por bosones gauge.

[85]​ En consecuencia, está compuesta de partículas que nunca han sido observadas en el laboratorio.

No obstante, hay partículas supersimétricas [87]​ que no son partículas del modelo estándar, pero que se formaron a muy altas energías en las primeras etapas del universo y aún se mantienen flotando.

[19]​ En cosmología, “energía oscura” es el nombre dado a la influencia antigravitatoria que está acelerando la tasa de expansión del universo.

La molécula de ADN es un ejemplo de “materia” según la definición de “átomos y moléculas”. Los enlaces de hidrógeno se muestran como líneas de puntos.
Bajo la "definición basada en quarks y leptones", las partículas elementales y compuestas formados de quarks (en púrpura) y leptones (en verde) serían la "materia"; mientras los bosones "derecha" (en rojo) no serían materia. Sin embargo, la energía de interacción inherente a partículas compuestas (por ejemplo, gluones, que implica a los neutrones y los protones) contribuye a la masa de la materia ordinaria.
Una taza de metal sólido que contiene nitrógeno líquido que se evapora lentamente en nitrógeno gaseoso . Evaporación es la transición de fase desde un estado líquido a un estado gaseoso.
Un típico diagrama de fase . Diagrama de fase de una sustancia típica en un volumen fijo. El eje vertical es “Presión”, el eje horizontal es “Temperatura”. La línea verde marca el punto de congelación (por encima de la línea verde es “sólido”, por debajo, es líquido ) y la línea azul marca el punto de ebullición (por encima de ella es “líquido” y por debajo de ella es “gas”).. Se muestra como estos varían con la presión . El punto de unión entre las líneas verde, azul y roja es el punto triple. La línea con puntos muestra el comportamiento anómalo del agua . Así, por ejemplo, a mayor T , es necesario una mayor P es necesario para mantener la sustancia en fase líquida. En el punto triple pueden coexistir las tres fases: gas, líquido y sólido. Por encima del punto crítico . no hay diferencia perceptible entre las fases. La línea de puntos muestra el comportamiento anómalo del agua: el hielo se derrite a temperatura constante con una presión creciente . [ 48 ] ​
Un modelo de la estructura interna de una estrella de neutrones. (Existen otros modelos) . [ 59 ] ​ A una profundidad de unos 10 km del núcleo se convierte en un líquido superfluido principalmente de neutrones. La sección de la izquierda muestra la densidad vs. radio vs. Datos de Luminet “et al”. [ 60 ] ​
Fases de la materia nuclear. Comparar con Siemens & Jensen. [ 63 ] ​
Estructura de quark de un protón: 2 quarks arriba y 1 quark abajo.
Una comparación entre la enana blanca IK Pegasi B (centro), su compañero de clase A, IK Pegasi A (izquierda) y el Sol (derecha). Esta enana blanca tiene una temperatura superficial de 35,500 K.
El pie gráfico muestra las fracciones de la energía en el universo aportados por distintas fuentes. La materia ordinaria se divide en materia luminosa (estrellas y gases luminosos, 0,005%) y materia no luminosa (gas intergaláctico y neutrinos alrededor, aproximadamente: 0,1% los neutrinos y el 0,04% los agujeros negros supermasivos ). La materia ordinaria es poco común, según el modelo de Ostriker y Steinhardt. [ 77 ] ​ Para más información, ver NASA .
Curva de rotación galáctica de la Vía Láctea. El eje vertical es la velocidad de rotación alrededor del centro galáctico. El eje horizontal es la distancia desde el centro galáctico. El Sol está marcado como un punto amarillo. La curva observada de la velocidad de rotación es azul. La curva previsible suponiendo considerando sólo estrellas masivas y gas en la Vía Láctea es la roja. La diferencia es debida a la materia oscura o tal vez a alguna modificación de la ley de la gravitación universal . [ 82 ] ​ [ 83 ] ​ [ 84 ] ​ La dispersión en las observaciones se indica mediante las barras de color gris.