Definición de Materia

Ángel Zamora Ramírez
Licenciado en Física

Para la ciencia en general, la materia es toda aquella sustancia que tiene masa y que ocupa un lugar en el espacio. Sin embargo, actualmente, para la física el término materia tiene un abordaje más amplio, ya que se considera también aquello a lo que se le puede asociar cierta energía, que es capaz de interaccionar y que sufre cambios en el tiempo.

La materia es uno de esos conceptos fundamentales que utilizamos con regularidad para describir objetos y fenómenos. Pese a esta aparente naturalidad con la que invocamos el término, todavía no logramos desentrañar por completo lo que es la materia y a qué debemos llamarle de esta manera. Nuevos descubrimientos como la materia oscura han llegado a ampliar esta visión, pero también han complicado un poco más este debate.

Una visión atómica de la materia

Cuando nos referimos a la materia como todo aquello que tiene masa y que ocupa un lugar en el espacio, indirectamente nos estamos refiriendo a la materia bariónica. La materia bariónica, también llamada “materia ordinaria”, es todo aquello que está formado por bariones, es decir, partículas subatómicas formadas por tres quarks.

Los protones y neutrones que conforman los núcleos atómicos pertenecen la familia de los bariones, y junto con los electrones forman los átomos. Así, la materia bariónica es aquella cuyos bloques fundamentales son los átomos. A su vez, los átomos se pueden unir entre sí para formar moléculas que en conjunto forman una gran variedad de compuestos químicos.

A pesar de que prácticamente todo lo que observamos a nuestro alrededor es materia bariónica, la verdad es que esta sólo representa el 5% de todo lo que existe en el Universo. La materia oscura sigue siendo un misterio para la Física y se calcula que representa el 25% del Universo. El 70% restante es Energía Oscura, otro misterio por resolver y que está involucrada en el proceso de expansión del Universo.

La materia según la Física de Partículas

El Modelo Estándar de la Física de Partículas es una teoría física que explica la estructura de la materia y las interacciones fundamentales del Universo (a excepción de la gravedad) en su nivel más fundamental. El Modelo Estándar está conformado por partículas fundamentales con distintas características entre sí.

Las partículas del Modelo Estándar se dividen en dos grandes grupos llamados “fermiones” y “bosones”. Los fermiones son los bloques fundamentales de la materia y se dividen en “quarks” y “leptones”. Los bosones son las partículas portadoras de las interacciones fundamentales, en este grupo se encuentran el fotón, el gluón y los bosones W y Z. También a este grupo pertenece el Bosón de Higgs cuya interacción con otras partículas les brinda masa.

Si analizamos el Modelo Estándar podemos darnos cuenta que la mayoría de las partículas elementales cumplen con las características típicas de la materia. No obstante, el fotón y el gluón no tienen masa, lo cual es una característica fundamental de la materia.

Los fotones son partículas sin masa que conforman todos los fenómenos electromagnéticos. La dualidad onda – partícula de la luz nos permite ver a la luz como una onda electromagnética y como un haz de fotones al mismo tiempo. Los fotones a pesar de no tener masa son afectados por la gravedad y también son capaces de transferir momento lineal, o empujar, a otros cuerpos. Es en este punto en que se origina el debate sobre a qué debemos etiquetar como materia o qué no.

Estados de la materia

La materia existe en cuatro estados fundamentales dependiendo de la fuerza de unión entre sus constituyentes y los cuáles se denominan “Estados de Agregación”. Los distintos estados de agregación de la materia se obtienen al modificar su temperatura o su presión. Estos estados de la materia son:

– Sólido: En este estado la materia tiene una estructura a nivel molecular muy definida. Los átomos o moléculas que componen a la materia en este estado no se mueven fácilmente lo cual le brinda una estructura rígida. A nivel macroscópico se tiene también un volumen bien definido del material en cuestión.

– Líquido: Si aumentamos la temperatura o la presión de la materia en estado sólido podemos alcanzar un punto en el que cambia a estado líquido. En este estado de la materia los átomo o moléculas que la componen se mueven más libremente y no forman estructuras bien definidas. Es por ello que los líquidos no tienen una forma definida si no que adoptan la del recipiente que los contiene.

– Gaseoso: Al aumentar la temperatura o la presión de un líquido hasta evaporarlo es cuando obtenemos el estado gaseoso. En este estado de la materia los átomos y moléculas que la forman se mueven libremente y la fuerza de unión entre ellas es muy débil. Al igual que los líquidos, los gases no tienen una forma definida.

– Plasma: Cuando se calienta o se aumenta la presión de la materia hasta un punto en que los electrones se comienzan a desprender de sus átomos se obtiene un nuevo estado conocido como “´Plasma”. Un plasma es un gas en donde una parte considerable de este se encuentra ionizado, es decir, hay electrones libres. El plasma es el estado de agregación de la materia más abundante del Universo.

Antimateria

La materia tiene una parte antagónica y es la llamada “Antimateria”. Mientras que la materia está formada por partículas, la antimateria se constituye de antipartículas. Una antipartícula tiene la misma masa que su partícula antagónica pero el resto de sus propiedades son contrarias.

Por ejemplo, el positrón que es la antipartícula del electrón, tiene la misma masa que este, pero posee una carga eléctrica positiva. Cuando una partícula se encuentra con su antipartícula ambas se aniquilan mutuamente y dan lugar a dos fotones con la misma energía y que viajan en sentidos opuestos.

Las teorías físicas nos dicen que en el inicio del Universo se tuvo que formar la misma cantidad de materia y de antimateria. No obstante, la mayoría de materia que existe en el Universo es materia ordinaria, no antimateria. Este desequilibrio en la cantidad de materia y antimateria en el Universo sigue siendo un misterio.

Por: Ángel Zamora Ramírez. Licenciado en Física egresado de la Universidad de Colima. Maestro en Ciencias en Ingeniería y Física Biomédicas egresado del CINVESTAV. Amante de la divulgación científica.

Art. actualizado: Oct. 2023; sobre el original de mayo, 2009.

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