Si has leído el libro "mundo anillo" seguramente conocerás el ficticio material "scrith", un material cuya resistencia equivale a la fuerza nuclear fuerte que une a los protones y neutrones, material utilizado para construir tal mundo.
Este tipo de supermateriales ficticios también aparecen en muchas más obras de ficción, por ejemplo en "orion's arm" (una novela de ciencia ficción dura a la cual le dediqué una entrada) aparece un material compuesto de monopolos magnéticos, la magmateria.
Pues bien, en esta entrada me gustaría responder a una duda: ¿es posible la existencia de un material con propiedades parecidas a tales supermateriales ficticios?
Para responder tal duda, tendremos que observar varios materiales teóricos, hipotéticos e incluso especulativos.
Neutronio: existencia muy probable, pero poco útil.
En Star Trek aparece un material llamado "neutronio", un material extremadamente duro compuesto por neutrones, muy cercano y a la vez alejado de la realidad.
En física se denomina neutronio al material teórico que forma el interior de las estrellas de neutrones, la materia degenerada de neutrones, tal materia solo interactua con la fuerza nuclear fuerte (y débil) y la gravedad, pero no con el electromagnetismo (pues los neutrones son neutros).
El neutronio real no es útil, o al menos yo no le veo aplicación útil, pues no actuaría con el electromagnetismo (que es la fuerza encargada de que la materia no atraviese la materia), por lo que su resistencia a la tensión y compresión sería inútil, y ni siquiera tendría dureza, sería atravesable e invisible, además de que se comportaría como un superfluido o plasma nuclear y tendría una densidad colosal.
Además los neutrones que lo forman se pegarían a la materia común formando átomos extremadamente inestables, pero esto no es un problema, pues el neutronio se desintegrará con una fuerza mayor a una bomba atómica en millonésimas de segundo a presión terrestre, antes de poder ser utilizado, el neutronio solo puede existir en condiciones de presión extrema.
Resumiendo: material de existencia (muy) probable, pero muy poco útil y viable.
Materia AB y moléculas nucleares, ¿son posibles?
El primer "supermaterial" útil que observaremos es la materia AB.
La materia AB es un material especulativo, estaría formado por "redes" bidimensionales o tridimensionales de nucleones (protones y neutrones) ordenados.
Este material tendría un modulo a la compresión, tensión y torsión extremadamente alto, equivalente a la fuerza que une a los propios nucleones, y obtendría diferentes propiedades eléctricas y físicas según estructura, pudiendo ser superconductor, superaislante, falta de fricción, etc; y pesar desde unos nanogramos/metros hasta varios millones de toneladas/metros
¿Cual es la pega?
Este material tiene muy pocas posibilidades de poder ser real.
La principal razón es que los protones se repelen, la razón de que estén unidos es la denominada fuerza nuclear fuerte residual, que los mantiene pegados con una fuerza 30 veces mayor al electromagnetismo gracias a la acción de mesones.
Sin embargo, esta fuerza residual es muy intensa pero corta, por lo que llegado a determinado número de protones, es muy difícil mantener la estabilidad, excepto con los números de neutrones "mágicos", nombre que se le da a las configuraciones y números de protones y neutrones que dispersan la fuerza nuclear residual de forma casi homogenea, añadiendo más estabilidad de lo normal.
Además, debido a la naturaleza cuántica de tales escalas y altas energías, los nucleones no tienen ángulos fijos de unión, tienden a colapsar en esferas por lo que estructurarlos es una labor extremadamente difícil.
Y por supuesto, su autor, Alexander Bolonkin, no dió muchas explicaciones del mecanismo para que este material fuera capaz de solucionar o esquivar estos límites.
Resumiendo: existencia poco posible.
Para más información de sus fantásticas propiedades leed aquí.
Y para más detalles de su posibilidad de no ser viable leed aquí.
Las moléculas nucleares son análogos a las moléculas químicas, pero a escala atómica, son otra forma de material femtotecnológico, al igual que la materia AB.
Las moléculas nucleares se basan en nucleos atómicos (en lugar de átomos) muy cercanos y unidos mediante enlaces de neutrones (en lugar de electrones), tales moléculas nucleares, debido a la gran cercanía comparten la misma "corteza" de electrones, es decir, están dentro de un mismo átomo.
¿Cual es la pega?
Este tipo de material debería ser muy fuerte y resistente al basarse en la fuerza nuclear residual fuerte de los nucleones, sin embargo las moléculas nucleares solo se han observado como pequeñas fases de desintegración (de un tiempo de millonesimas de segundo o menor) de algunas partículas sintéticas ricas en neutrones, y son bastante inestables en ese contexto, la razón es obvia, los neutrones se desintegran cuando están alejados de los nucleos y el exceso de giros iguales hacen que los enlaces se repelan y rompan.
Sin embargo, hay una forma de esquivar tal límite: el uso de hipernucleos e hiperones.
Los protones y neutrones son nucleones, un tipo de barón, y los nucleones están formados por tripletes de quarks, unas partículas aun más elementales que los protones y neutrones, estos quarks son estos dos tipos principales: "arriba"(u) y "abajo"(d).
En el caso del protón los quarks que lo componen son uud y en el caso del neutrón udd, combinaciones de uuu y ddd forma partículas inestables de carga negativa y doble positiva.
Existen más quarks: "extraño"(s), "encanto"(c), "fondo"(b) y "cima"(t), pero son muy inestables, excepto si forman bariones (tripletes de quarks), a los bariones que contienen este tipo de quarks se les denomina hiperones en lugar de nucleones.
Pero los hiperones siguen siendo bastante inestables, solo los hiperones que contienen quarks extraños y encanto duran lo suficiente para poder unirse a un núcleo atómico, y cuando se unen a un núcleo se estabilizan más y forman lo que se denomina "hipernucleo".
Un hipernucleo con hiperones de quarks extraños suele ser estable contra más neutrones y menos protones tiene, y produce una fuerza residual fuerte mucho más fuerte que la producida por los nucleones, esto a su vez puede ser una solución para estabilizar las moléculas nucleares que son ricas en neutrones, pero por ahora los hipernucleos son muy costosos de producir, y su aplicación en moléculas nucleares está muy lejos, además de que podría ser inútil.
Resumiendo: existencia posible.
Hilos de plasma de quark-gluones trenzados.
Recientes estudios han sugerido que podrían surgir filamentos de bariones y quarks y gluones en los plasmas ultra-calentados, el plasma quark-gluón es un estado de la materia que se produce a temperaturas extremadamente altas, tan altas que los propios protones y neutrones se desitegran en un fluido quarks y gluones unidos por la interacción fuerte.
Estos hilos de quarks y gluones podrían ser trenzados para producir tejidos extremadamente fuertes, pero los problemas son obvios.
No se sabe si estos hilos pueden sobrevivir a temperatura ambiente o si colapsarán en bariones (nucleones e hiperones).
Los hilos trenzados podrían interactuar entre sí mediante la carga cromática.
No se conoce método para manipular los quarks y gluones a precisión.
Resumiendo: existencia poco posible.
Magmateria, materia diónica, o mejor dicho: monopolium.
La magmateria será el último supermaterial hipotético que veremos en esta entrada, la magmateria es un material ficticio análogo a la materia convencional, a los átomos, pero compuestos por monopolos magnéticos unidos principalmente mediante fuerzas electromagnéticas, es un recurso muy utilizado en ciencia ficción dura y apareció por primera vez en la novela "Orion's Arm".
¿Invención de la novela Orion's Arm?, no, en realidad tal material fue sugerido con el nombre de "monopolium" y como aplicación de los monopolos en 1979 por Hans P. Moravec, junto a la desintegración protónica catalizada y otras ideas, esto lo confirmo usando este antiguo documento de una universidad: http://www.frc.ri.cmu.edu/~hpm/project.archive/general.articles/1981/monpol.mss,
aunque tal vez pudo ser una idea mucho más anterior de otra persona, pero simplemente no he encontrado nada más.
¿De que estaría compuesta la magmateria o monopolium?
Antes he mencionado los monopolos magnéticos, los monopolos magnéticos son hipotéticas partículas elementales con un solo polo magnético, tales partículas se ha calculado que tendrían una masa miles de veces superior a la de un protón pero un tamaño miles de veces reducido.
La existencia de este tipo de partículas se cree ha sido detectada en 1982, y digo "se cree" porque ha sido imposible reproducir su observación.
La posibilidad de que uno o varios monopolos "caigan" a la Tierra desde el espacio en determinado plazo de tiempo es muy alta según la hipótesis por su (baja) abundancia, sin embargo la posibilidad de detectarlo en una pequeña zona de investigación es ínfimamente baja, por lo que podría haber sido un verdadero descubrimiento incapaz de ser reproducido, o un error del sensor.
En 2014 se obtenieron (pseudo) monopolos magnéticos sintéticos en un laboratorio, pero sin embargo no eran partículas elementales, sino estructuras basadas en el condensado Bose-Einstein, esto es una evidencia de que la existencia de tales partículas elementales es posible.
Volviendo al tema de la composición del monopolium: el monopolium estaría formado por estos monopolos magnéticos elementales, tales monopolos requerirían poseer unas propiedades topológicas y físicas específicas para poder formar el monopolium.
Así pues, estos monopolos elementales deberían tener propiedades análogas al electrón, a los protones y neutrones (aunque con solo análogos a los protones y electrones ya basta, pues los monopolos no se verían afectados por la fuerza nuclear fuerte residual, esto significa que un análogo al neutrón sería inútil).
Un monopolo análogo electrón tendría una masa (como mínimo) equivalente a 1.000 protones o 2.000.000 de electrones, y un análogo al protón la misma gran masa o una masa aun mayor, esto, unido a la cercanía de tales monopolos por la fuerza "magnética-nuclear" muy elevada, haría que el monopolium tuviese una densidad tremenda, mayor a la del neutronium, en un metro cúbico de tal material la masa sería prácticamente coma la de una montaña o incluso la luna.
¿Solución?, análogos al grafeno y nanotubos de carbono basados en el monopolium.
Una hoja bidimensional de monopolium análoga al grafeno tendría un grosor similar que un protón o poco mayor que electrón, y un metro cuadrado de tal hoja tendría la masa de un metro cúbico de oro u osmio, pero esto comparado con su gran resistencia no sería nada.
Una hoja bidimensional de monopolium análoga al grafeno sería trillones de veces más resistente a la tensión, compresión y cizallamiento que el propio grafeno, y además debido a su diminuto grosor, su dureza sería extremadamente grande, podría ser inrayable excepto por otro trozo de monopolium, y ser capaz de cortar cualquier material normal a precisión molecular aplicando una fuerza insignificante.
Además este material seria extremadamente atérmico y tendría un "punto de fusión" que rondaría los millones de kelvin.
Además también podría utilizarse como catalizador de desintegración protónica, debido a estar compuesto por monopolos (en esta entrada protocientífica hablaba sobre la desintegración protónica catalizada por monopolos).
Dejémonos de detalles fantásticos y veamos más obstáculos demoledores, las pegas que podrían hacer este material inexistente.
Este material es incapaz de existir si los monopolos magnéticos elementales no existen, obstáculo que no puede ser solucionado ni esquivado en caso de que aparezca.
Además requiere de la existencia de tecnologías de producción de monopolos y modificación de tales para darle las características adecuadas (de otro modo sería inviable).
Y su gran densidad y consumo energético de fabricación lo hace impráctico para usos "normales".
También se requieren diones para que hayan fuerzas de repulsión, en caso de que los monopolos aunque sean de diferente masa se aniquilen.
Aun existiera, tiene más problemas:
Si los monopolos son muy masivos, acabariamos con un material muy fuerte pero con horizonte de sucesos a la vez, es decir, un agujero negro.
Etcétera.
Resumiendo: material de existencia posible solo en caso de que existan los monopolos magnéticos elementales, utilidad muy alta.
Además de los materiales expuestos aquí (materia AB, moleculas nucleares, monopolium, etc), hay una gran cantidad de materiales hipotéticos, tales como el Einsteinon, el higgsinium y las moléculas technicolor, pero son mucho más hipotéticos, razón por la que no los he mencionado.
Muchas leyes físicas pueden permitir la existencia de supermateriales extremos de este tipo, pero a la vez pueden no permitirla, este es un tema que no se ha explorado lo suficiente y que en mi opinión debería explorarse más.
Todos los materiales expuestos aquí son hipotéticos y protocientíficos, expuestos como una curiosidad o posibilidad (excepto el neutronio, o materia degenerada de neutrones, que es teórico).
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