En los últimos años, la comunidad científica ha mostrado cierto interés por los diferentes comportamientos de la materia. Algunos de ellos son tan extraños que llegan a sorprender a los científicos. En nuestro planeta la materia se presenta en sólido, líquido o gaseoso y en el espacio se presenta como plasma. Sin embargo, parece que hay un quinto estado de la materia activa llamado condensado de Bose-Einstein y que se da a ciertos materiales en temperaturas iguales a cero absoluto.
En ese nuevo estado, los átomos de la materia forman una entidad única temporal, comportándose como los bancos de peces en el mar. Es decir, aunque son individuales, forman una realidad aparentemente mayor, una cuasipartícula también conocida como superpartícula o superátomo.
Distintos tipos de materia
La materia, además de presentarse en varios estados, puede ser de distintos tipos. Desde la viviente e inanimada, hasta la orgánica, inorgánica, simple y compuesta. Pero la más particular es la conocida como materia activa. Se denomina así porque las partículas que la componen consumen energía para moverse o ejercer una presión mecánica.
La mayor parte de los ejemplos de materia activa se encuentran en la naturaleza. Son los bancos de peces, las bandadas de aves o determinados comportamientos de las bacterias. Todos son episodios colectivos de organización uniforme y espontánea. Sin embargo, la materia activa se ha desarrollado también en sistemas sintéticos obtenidos en laboratorio, con diferentes aplicaciones industriales, como partículas impulsadas, materia granular, enjambres de pequeños robots, etc.
Estos sistemas de materia activa pueden mostrar un comportamiento inusual que es difícil de entender o modelar. Por ello, los científicos han ideado diversos sistemas para analizar de manera controlada esta organización espontánea de la materia y así conseguir el autoensamblaje de pequeñas piezas. Ya sea mediante la orientación controlada de la dinámica de las partículas activas, o consiguiendo que se acoplen entre sí para formar estructuras más complejas.
Un nuevo tipo de materia
Mientras los Investigadores de la Universidad de Leicester, en el Reino Unido, se encontraban investigando grandes sistemas de partículas activas, descubrieron algo sorprendente. Un nuevo estado de la materia activa que, además de formar en ocasiones las consabidas fases gaseosa y sólida, se presenta en forma de remolino.
En vez de moverse con la aceleración que les caracteriza, este nuevo descubrimiento de partículas activas se mueven a una velocidad constante. Proporcional a la fuerza aplicada por los investigadores, y en la misma dirección de la presión ejercida.
La materia activa en el estado de remolino no se acelera cuando se le aplica una fuerza, sino que se mantiene a velocidad constante, a pesar de la presión sufrida. Un comportamiento que, según los científicos, viola la segunda ley de Newton. La cual establece que la aceleración de un objeto es directamente proporcional a la suma de todas las fuerzas que actúan sobre él, e inversamente proporcional a la cantidad de materia que tiene el objeto.
Pero eso no es todo, la materia activa se comporta de forma diferente a la de la materia pasiva, ya que no coexiste en diferentes fases, o es toda sólida, toda líquida o toda gas.
El nuevo descubrimiento de laboratorio
Los científicos, además, observaron que los remolinos de materia activa tienden a atraerse entre sí, lo que da lugar a formaciones más grandes en forma de remolinos. “Nos quedamos completamente desconcertados al presenciar cómo estas cuasipartículas se arremolinan dentro de la materia activa, comportándose como superpartículas individuales con propiedades sorprendentes que incluyen no moverse con aceleración cuando se aplica la fuerza y fusionarse al chocar para formar remolinos de una masa mayor”, explica el director de esta investigación, Nikolai Brilliantov.
Los expertos obtuvieron estas mediciones al analizar modelos informáticos de partículas complejas autopropulsadas. El estudio se realizó con el fin de comprender el comportamiento de multitudes humanas y de realizar recomendaciones para evacuarlas en caso de peligro, minimizando riesgos.
Aunque los hallazgos se obtuvieron en modelos de laboratorio controlados, los científicos aseguran que el comportamiento debería ser observable en sistemas complejos de seres vivos en movimiento, como bancos de peces o bandadas de aves. Lo que ellos consideran sería la punta del iceberg del conocimiento oculto. Es decir, es bastante lo que sabemos hasta ahora, pero es mucho más lo que desconocemos.
Es por esta razón que los expertos de la Universidad de Leicester coinciden en que es esencial que los físicos sigan investigando para obtener aún más grandes descubrimientos. «Esto garantizará que los materiales y las sustancias funcionen de manera confiable, esperada y predecible, sin incertidumbres inevitables», concluyen los investigadores.
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