Quarto stato della materia

Gli stati classici della materia sono tre: solido, liquido e gassoso, molti scienziati considerano il plasma come il quarto stato della materia. Il termine "materia allo stato di plasma" non ha nulla a che vedere con il più comunemente noto "plasma sanguigno" ma piuttosto, come in uso nella fisica sin dal 1920, con il gas ionizzato ovvero con atomi che hanno perso del tutto i loro elettroni. La fisica spaziale del plasma divenne un'importante disciplina scientifica all'inizio degli anni '50, con la scoperta della cintura di radiazioni di Van Allen.

La materia, se esposta a differenti condizioni fisiche, può cambiare il proprio stato. Il ghiaccio è un solido in cui le molecole di idrogeno (H₂) e quelle di ossigeno (O) sono disposte regolarmente ma, se il ghiaccio (H₂O) fonde, l'acqua che lo compone passa ad un nuovo stato: quello liquido. Riscaldando le sue molecole, queste si separano per formare il vapore acqueo, che è un gas. In questo classico esempio, la carica positiva di ciascun nucleo atomico è pari alla carica di tutti gli elettroni che gli orbitano intorno cosicché la carica totale sia zero. Ciascun atomo è quindi elettricamente neutro.

Se forniamo ulteriore calore, il vapore può ionizzarsi: gli elettrone guadagnano abbastanza energia da sfuggire ai loro atomi. Questi atomi, privati di uno o più elettroni di carica negativa, diverranno di carica positiva: avremo ottenuto quelli che vengono definiti ioni. In un gas sufficientemente riscaldato, la ionizzazione è un fenomeno che avviene frequentemente, portando alla creazione di nubi di elettroni e ioni liberi. Non tutti gli atomi però, vengono necessariamente ionizzati ed alcuni possono rimanere completamente inalterati mantenendo la neutralità della carica. Questa miscela di gas ionizzati, formata da elettroni, ioni ed atomi neutri è chiamata plasma. Un plasma, per potersi chiamare tale, deve possedere un numero sufficiente di particelle cariche cosicché il gas, nel suo complesso, presenta una reattività ai campi elettrici e magnetici. Per densità del plasma inoltre, si intende la densità delle particelle cariche.

Anche se il plasma è formato da elettroni e ioni e conduce elettricità, a livello macroscopico è elettricamente neutro: in quantità misurabili infatti, il numero degli elettroni e degli ioni è uguale. Le particelle cariche sono influenzate dai campi elettrici e magnetici applicati al plasma ed il moto di queste particelle nel plasma, genera a sua volta una flusso elettrico o magnetico al suo interno. Questa complessa serie di interazioni rende il plasma uno stato della materia unico, complesso ed estremamente affascinante.

Il plasma si trova oltre che sulla Terra, anche in luoghi esotici. Quando una corrente elettrica passa attraverso il gas neon, produce sia plasma che luce. Il fulmine è una potente scarica elettrica atmosferica che crea una frastagliata colonna di plasma. Parte della coda delle comete è plasma formato da gas ionizzati dalla luce solare e da altri processi poco noti. Il Sole è una sfera di plasma di 1,5 milioni di chilometri di diametro, riscaldato dalla fusione nucleare (nell'immagine dal satellite Solar Max è visibile la corona, formata da plasma riscaldato dai processi termonucleari)

Gli scienziati studiano il plasma per ottenerne anche benefici pratici: nello sforzo teso alla realizzazione dell'energia da fusione, stanno realizzando apparati che confinano plasma molto caldo all'interno di campi magnetici. Nello spazio invece, il plasma è largamente responsabile dell'assorbimento della radiazione cosmica e buona parte dell'influenza dell'energia solare sulla Terra deriva dal trasferimento di energia tra gli strati ionizzati dell'alta atmosfera.

Tratto da :"The Liftoff Academy" - Cortesia NASA/JPL