El plasma es un estado de la materia que a menudo se considera un subconjunto de los gases, pero los dos estados se comportan de manera muy diferente. Al igual que los gases, los plasmas no tienen forma ni volumen fijos, y son menos densos que los sólidos o los líquidos. Pero a diferencia de los gases ordinarios, los plasmas están formados por átomos en los que se han eliminado algunos o todos los electrones y los núcleos cargados positivamente, llamados iones, vagan libremente.

«Un gas está formado por moléculas y átomos neutros», dijo Xuedong Hu, profesor de física de la Universidad de Buffalo. Es decir, el número de electrones con carga negativa es igual al número de protones con carga positiva.

«El plasma es un gas cargado, con fuertes interacciones de Coulomb», dijo Hu a Live Science. Los átomos o las moléculas pueden adquirir una carga eléctrica positiva o negativa cuando ganan o pierden electrones. Este proceso se denomina ionización. El plasma constituye el sol y las estrellas, y es el estado más común de la materia en el universo en su conjunto.

(El plasma sanguíneo, por cierto, es algo completamente diferente. Es la parte líquida de la sangre. Es un 92 por ciento de agua y constituye el 55 por ciento del volumen de la sangre, según la Cruz Roja Americana.)

Partículas cargadas

Un gas típico, como el nitrógeno o el sulfuro de hidrógeno, está hecho de moléculas que tienen una carga neta de cero, dando al volumen del gas en su conjunto una carga neta de cero. Los plasmas, al estar formados por partículas cargadas, pueden tener una carga neta de cero en todo su volumen, pero no a nivel de partículas individuales. Eso significa que las fuerzas electrostáticas entre las partículas del plasma se vuelven significativas, así como el efecto de los campos magnéticos.

Al estar hechos de partículas cargadas, los plasmas pueden hacer cosas que los gases no pueden, como conducir la electricidad. Y como las cargas en movimiento crean campos magnéticos, los plasmas también pueden tenerlos.

En un gas ordinario, todas las partículas se comportan más o menos de la misma manera. Así, si tienes un gas en un recipiente y lo dejas enfriar a temperatura ambiente, todas las moléculas del interior se moverán, en promedio, a la misma velocidad, y si midieras la velocidad de muchas partículas individuales obtendrías una curva de distribución con muchas de ellas moviéndose cerca de la media y sólo unas pocas de forma especialmente lenta o rápida. Eso es porque en un gas las moléculas, como bolas de billar, chocan entre sí y se transfieren energía entre ellas.

Eso no ocurre en un plasma, especialmente en un campo eléctrico o magnético. Un campo magnético puede crear una población de partículas muy rápidas, por ejemplo. La mayoría de los plasmas no son lo suficientemente densos como para que las partículas choquen entre sí con mucha frecuencia, por lo que las interacciones magnéticas y electrostáticas cobran mayor importancia.

Hablando de las interacciones electrostáticas, debido a que las partículas en un plasma – los electrones y los iones – pueden interactuar a través de la electricidad y el magnetismo, pueden hacerlo a distancias mucho mayores que un gas ordinario. Esto significa que las ondas adquieren mayor importancia cuando se habla de lo que ocurre en un plasma. Una de estas ondas se llama onda de Alfvén, en honor al físico sueco y premio Nobel Hannes Alfvén. Una onda de Alfvén se produce cuando el campo magnético de un plasma es perturbado, creando una onda que viaja a lo largo de las líneas de campo. No existe un análogo real en los gases ordinarios. Es posible que las ondas de Alfvén sean la razón por la que la temperatura de la corona solar -también un plasma- es de millones de grados, mientras que en la superficie sólo es de miles.

Otra característica de los plasmas es que pueden ser mantenidos por campos magnéticos. La mayor parte de la investigación sobre la energía de fusión se centra en hacer precisamente eso. Para crear las condiciones de la fusión, se necesita un plasma muy caliente, a millones de grados. Como ningún material puede contenerlo, los científicos e ingenieros han recurrido a los campos magnéticos para hacer el trabajo.

Plasmas en acción

Un lugar donde se pueden ver plasmas en acción es en una bombilla fluorescente o en un letrero de neón. En estos casos, un gas (el neón en el caso de los letreros) se somete a un alto voltaje, y los electrones se separan de los átomos del gas o son empujados a niveles de energía más altos. El gas dentro de la bombilla se convierte en un plasma conductor. Los electrones excitados que vuelven a caer en sus niveles de energía anteriores emiten fotones: la luz que vemos en un letrero de neón o en una lámpara fluorescente.

Los televisores de plasma funcionan de la misma manera. Se inyecta un gas -generalmente argón, neón o xenón- en un espacio sellado entre dos paneles de vidrio. Se hace pasar una corriente eléctrica a través del gas, lo que hace que brille. El plasma excita fósforos rojos, verdes y azules, que se combinan para emitir colores específicos, según eBay.

Otro uso del plasma es en los globos de plasma, que están llenos de mezclas de gases nobles que producen los colores de los «relámpagos» en su interior cuando una corriente eléctrica ioniza el gas.

Otro ejemplo de plasma está en las auroras que rodean los polos cuando el sol está especialmente activo. El viento solar es una corriente de partículas cargadas (en su mayoría protones), que chocan con el campo magnético de la Tierra. Esas partículas, al estar cargadas, siguen las líneas del campo magnético y se mueven hacia los polos, donde chocan y excitan los átomos del aire, principalmente el oxígeno y el nitrógeno. Como un signo de neón, los átomos de oxígeno y nitrógeno excitados emiten luz.

Sigue a LiveScience en Twitter @livescience. También estamos en Facebook & Google+.