Кіріспе
Материяның қатты, сұйық және газ сияқты түрлерге ие болу мүмкіндігі. Физикада материяның күйі – материяның өмір сүруі мүмкін ерекше формаларының бірі. Күнделікті өмірде материяның төрт күйін байқауға болады: қатты, сұйық, газ және плазма. Сұйық кристал сияқты көптеген аралық күйлер белгілі, ал кейбір күйлер тек қанағаттандырылмайтын жағдайларда ғана кездеседі, мысалы, Бозе-Эйнштейн конденсаты және Фермион конденсаты (өтте суықта), нейтрондық дегенерацияланған материя (өтте тығыздықта) және кварк-глюон плазмасы (өтте жоғары энергияда). Материяның экзотикалық күйлерінің тізімі үшін «Материя күйлерінің тізімі» деген мақаланы қараңыз. Тарихи тұрғыдан алғанда, ерекшелік қасиеттердегі сапалық айырмашылықтарға негізделген. Қатты күйдегі материя өзгермейтін көлемді (температура мен ауа қысымы өзгермесе) және пішінді сақтайды, оның құрамындағы бөлшектер (атомдар, молекулалар немесе иондар) бір-біріне жақын және бекітілген күйде болады. Сұйық күйдегі материя өзгермейтін көлемді сақтайды (температура мен ауа қысымы өзгермесе), бірақ ыдысына бейімделетін өзгермелі пішіні бар. Оның бөлшектері әлі де жақын, бірақ еркін қозғалады. Газ күйіндегі материяның көлемі де, пішіні де өзгеріп, ыдысына бейімделеді. Оның бөлшектері бір-біріне жақын да, бекітілген де емес. Плазма күйіндегі материяның көлемі мен пішіні өзгермелі, оның құрамында бейтарап атомдармен қатар иондар мен электрондардың көп саны бар, олардың екеуі де еркін қозғала алады. «Фаза» термині кейде материя күйімен синоним ретінде қолданылады, бірақ бір қосылыс материяның бір күйінде әртүрлі фазаларды құруы мүмкін. Мысалы, мұз – судың қатты күйі, бірақ әртүрлі кристалдық құрылымдары бар мұздың бірнеше фазасы бар, олар әртүрлі қысым мен температурада қалыптасады.
In physics, a state of matter is one of the distinct forms in which matter can exist. Four states of matter are observable in everyday life: solid, liquid, gas, and plasma. Many intermediate states are known to exist, such as liquid crystal, and some states only exist under extreme conditions, such as Bose–Einstein condensates and Fermionic condensates (in extreme cold), neutron degenerate matter (in extreme density), and quark–gluon plasma (at extremely high energy). For a list of exotic states of matter, see the article List of states of matter. Historically, the distinction is made based on qualitative differences in properties. Matter in the solid state maintains a fixed volume (assuming no change in temperature or air pressure) and shape, with component particles (atoms, molecules or ions) close together and fixed into place. Matter in the liquid state maintains a fixed volume (assuming no change in temperature or air pressure), but has a variable shape that adapts to fit its container. Its particles are still close together but move freely. Matter in the gaseous state has both variable volume and shape, adapting both to fit its container. Its particles are neither close together nor fixed in place. Matter in the plasma state has variable volume and shape, and contains neutral atoms as well as a significant number of ions and electrons, both of which can move around freely. The term phase is sometimes used as a synonym for state of matter, but it is possible for a single compound to form different phases that are in the same state of matter. For example, ice is the solid state of water, but there are multiple phases of ice with different crystal structures, which are formed at different pressures and temperatures.
Қатты
Қатты денеде құраушы бөлшектер (иондар, атомдар немесе молекулалар) тығыз орналасқан. Бөлшектер арасындағы күштер соншалықты күшті, олар еркін қозғала алмайды, тек дірілдей алады. Осының нәтижесінде қатты дененің тұрақты пішіні және нақты көлемі болады. Қатты денелер сыртқы күш әсерінен ғана пішінін өзгерте алады, мысалы, сынғанда немесе кесілгенде. Кристалдық қатты денелерде бөлшектер (атомдар, молекулалар немесе иондар) реттелген, қайталама үлгіде жинақталған. Әртүрлі кристалдық құрылымдар бар, және бір зат бірнеше құрылымға (немесе қатты фазаға) ие болуы мүмкін. Мысалы, темір 912 °C (1674 °F) төмен температурада центрі денеде орналасқан кубтық құрылымға, ал 912 және 1394 °C (2541 °F) аралығында беті центрінде орналасқан кубтық құрылымға ие. Мұздың әртүрлі температура мен қысымда болатын 15 кристалл құрылымы немесе 15 қатты фазасы бар. Шыны және басқа да кристаллдық емес, ұзақ қашықтықтағы реті жоқ аморфты қатты денелер термиялық тепе-теңдіктің негізгі күйлері емес; сондықтан олар төменде классикалық емес заттардың күйлері ретінде сипатталады. Қатты денелер балқыту арқылы сұйықтыққа, ал сұйықтықтар қатыру арқылы қатты денеге айналады. Қатты денелер сублимация процесі арқылы тікелей газға өте алады, ал газдар депозиция арқылы тікелей қатты денеге айналуы мүмкін.
Сұйық
Сұйықтық – ыдыстың пішініне бейімделетін, бірақ қысымға тәуелсіз дерлік тұрақты көлемді сақтайтын, сығылмайтын сұйықтық. Температура мен қысым тұрақты болса, көлем анықталған болады. Қатты зат балқу температурасынан жоғары қызғанда, егер қысым заттың үштік нүктесінен артық болса, сұйыққа айналады. Молекулалық (немесе атомдық немесе иондық) күштер маңыздылығын сақтайды, бірақ молекулалар бір-біріне қатысты қозғалуға жеткілікті энергияға ие болады және құрылымы жылдам. Бұл сұйықтың пішіні анықталмаған, ол ыдысымен анықталады дегенді білдіреді. Көлемі әдетте сәйкес келетін қатты дененің көлемінен үлкен болады, ең белгілі ерекшелік – су, HO. Белгілі бір сұйықтың болуы мүмкін ең жоғары температурасы – оның сындық температурасы.
Газ
Газ – сығылымды сұйықтық. Газ ыдыстың пішініне ғана емес, сонымен қатар оның көлемін толтырып, кеңейеді. Газда молекулалардың кинетикалық энергиясы жеткілікті болады, сондықтан молекуларалық күштердің әсері аз (немесе идеал газ үшін нөлге жуық), ал көрші молекулалар арасындағы орташа қашықтық молекуланың мөлшерінен әлдеқайда артық. Газдың белгілі бір пішіні немесе көлемі болмайды, бірақ ол өзіне сыйымды барлық ыдысты толыққанды алып жатады. Сұйықтықты газға айналдыру үшін оны тұрақты қысымда қайнау температурасына дейін қыздыруға болады, немесе тұрақты температурада қысымды төмендетуге болады. Критикалық температурадан төмен температурада газ бу деп те аталады, және оны салқындатусыз ғана қысым арқылы сұйыққа айналдыруға болады. Бу сұйықтықпен (немесе қатты затпен) тепе-теңдікте болуы мүмкін, мұндай жағдайда газдың қысымы сұйықтықтың (немесе қатты заттың) бу қысымына тең болады. Сверхкритикалық сұйықтық (SCF) – температурасы мен қысымы тиісінше, критикалық температурадан және критикалық қысымнан жоғары газ. Бұл күйде сұйық пен газ арасындағы шекара жоғалады. Сверхкритикалық сұйықтық газдың физикалық қасиеттеріне ие, бірақ оның жоғары тығыздығы кейбір жағдайларда еріткіштік қасиеттер береді, бұл пайдалы қолдануларға әкеледі. Мысалы, кофеинсіз кофе өндірісінде кофеинді алу үшін сверхкритикалық көмірқышқыл газы қолданылады.
Плазма
Газ әдетте екі жолдың бірімен плазмаға айналады: екі нүкте арасындағы үлкен кернеу айырмашылығы арқылы немесе оны өте жоғары температураға ұшырату арқылы. Материяны жоғары температураға қыздыру электрондардың атомдардан бөлініп шығуына себеп болады, нәтижесінде бос электрондар пайда болады. Бұл жартылай иондалған плазманы құрайды. Жұлдыздардағыдай өте жоғары температурада барлық электрондар "бос" болады деп есептеледі, ал өте жоғары энергиялы плазма – электрон теңізінде жүзіп жүрген жалаңаш ядролардан тұрады. Бұл толық иондалған плазманы құрайды. Плазма күйін көбінесе дұрыс түсінбейді, және ол Жердегі қалыпты жағдайларда еркін күйде кездеспесе де, найзағай, электр ұшқындары, флуоресценттік шамдар, неон шамдары немесе плазмалық теледидарлар арқылы жиі жасалады. Күннің коронасы, кейбір жалын түрлері және жұлдыздар – плазма күйіндегі жарқыраған материяның мысалдары. Плазма – төрт негізгі күйдің ішіндегі ең көп таралған түрі, себебі ғаламдағы барлық қарапайым материяның 99% плазмадан тұрады, өйткені ол барлық жұлдыздарды құрайды.
Фазалық ауысулар
Материяның күйі фазалық ауысулармен де сипатталады. Фазалық ауысу құрылымның өзгеруін көрсетеді және қасиеттердің күрт өзгеруі арқылы анықталуы мүмкін. Материяның нақты күйі – фазалық ауысу арқылы басқа күйлерден ерекшеленетін күйлер жиынтығы ретінде анықталады. Судың бірнеше ерекше қатты күйлері бар деуге болады. Суперөткізгіштіктің пайда болуы фазалық ауысумен байланысты, сондықтан суперөткізгіш күйлер болады. Сол сияқты, ферромагниттік күйлер фазалық ауысулармен шектеледі және ерекше қасиеттерге ие. Егер күйдің өзгеруі сатылап жүрсе, аралық сатылар мезофаза деп аталады. Мұндай фазалар сұйық кристалдар технологиясын енгізу арқылы қолданылды. Белгілі бір материя жиынтығының күйі немесе фазасы қысым мен температура жағдайларына байланысты өзгеруі мүмкін, бұл жағдайлар олардың пайда болуына жағдай жасап, басқа фазаларға өтуіне әкеледі; мысалы, температураның жоғарылауымен қатты күйден сұйық күйге өту. Абсолюттік нөлге жақын материя қатты күйде болады. Бұл материяға жылу қосылғанда, ол балқу температурасында сұйыққа, ал қайнау температурасында газға айналады. Егер оны жеткілікті түрде қыздырса, электрондары энергияға толып, өздерінің бастапқы атомдарынан айрылатын плазма күйіне енеді. Молекулалардан тұрмайтын және басқа күштермен ұйымдастырылған материя түрлері де материяның әртүрлі күйлері деп қарастырылуы мүмкін. Суперсұйықтықтар (фермиондық конденсат сияқты) және кварк-глюон плазмасы – мысалдар. Химиялық теңдеуде химиялық заттардың күйі қатты (s), сұйық (l) және газ (g) деп көрсетілуі мүмкін. Сулы ерітінді (aq) деп белгіленеді. Плазма күйіндегі материя химиялық теңдеулерде сирек қолданылады (мүлдем қолданылмаса), сондықтан оны белгілейтін стандартты символ жоқ. Плазма қолданылатын сирек теңдеулерде ол (p) деп белгіленеді.
Шыны
Шыны – сұйық күйге қарай қыздырылғанда шыныға түсетін, кристалдық құрылымы жоқ немесе аморфты қатты материал. Шыны түрлі материалдар кластарынан жасалуы мүмкін: минералдық желілер (мысалы, силикаттан және қоспалардан жасалған терезе шынысы), металл қорытпалары, иондық балқымалар, сулы ерітінділер, молекулалық сұйықтықтар және полимерлер. Термодинамикалық тұрғыдан алғанда, шыны кристалдық аналогына қатысты метастабильді күйде болады. Бірақ, түрлену жылдамдығы практикалық түрде нөлге жуық.
Белгілі бір дәрежеде бұзылулары бар кристалдар
Пластикалық кристалл – ұзақ аралық позициялық реті бар, бірақ құраушы молекулалары айналу еркіндігін сақтайтын молекулалық қатты дене; бағдарлаушы шыныда осы еркіндік дәрежесі сөндірілген ретсіз күйде қатып қалады. Сол сияқты, спин шынысында магниттік ретсіздік тоңазытылады.
Сұйық кристалл күйлері
Сұйық кристалдық күйлер жылжымалы сұйықтықтар мен реттелген қатты денелердің арасындағы қасиеттерге ие. Әдетте, олар сұйықтық сияқты ағып жүре алады, бірақ алысқатар тәртіпті көрсетеді. Мысалы, нематикалық фаза пара-азоксианизол сияқты ұзын, таяқша тәрізді молекулалардан тұрады, ол белгілі бір температура диапазонында нематикалық болады. Осы күйде молекулалар сұйықтық сияқты ағып тұрады, бірақ олардың барлығы бір бағытта (әр домен ішінде) орналасқан және еркін айнала алмайды. Кристалдық қатты денелер сияқты, бірақ сұйықтан өзгеше, сұйық кристалдар поляризацияланған жарыққа реакция жасайды. Сұйық кристалдардың басқа түрлері осы күйлер туралы негізгі мақалада сипатталған. Олардың бірнеше түрі технологиялық маңызы бар, мысалы, сұйық кристалл дисплейлерінде қолданылады.
Микрофазалық бөліну
Кополимерлер микрофазалық бөлінуге түсіп, әртүрлі кезеңдік наноқұрылымдарды қалыптастырады, мысалы, оң жақта көрсетілген стирол-бутадиен-стирол блокты кополимерінде байқалатындай. Микрофазалық бөлінуді мұнай мен су арасындағы фазалық бөлінумен салыстыру арқылы түсінуге болады. Блоктардың арасындағы химиялық үйлесімсіздікке байланысты, блок-кополимерлер осыған ұқсас фазалық бөлінуден өтеді. Дегенмен, блоктар ковалентті байланыс арқылы бір-біріне бекітілгендіктен, су мен мұнай сияқты макроскопиялық деңгейде араласа алмайды, сондықтан блоктар нанометрлік өлшемдегі құрылымдарды жасайды. Полимердің әрбір блогының салыстырмалы ұзындығына және оның жалпы топологиясына қарай, әртүрлі морфологиялар пайда болуы мүмкін, олардың әрқайсысы жеке фаза болып табылады. Иондық сұйықтықтар да микрофазалық бөлінуді көрсетеді. Аниондар мен катиондар міндетті түрде үйлесімді болмайды және бөлініп кеткен болар еді, бірақ электр зарядының тартылысы олардың бөлінуіне кедергі келтіреді. Олардың аниондары мен катиондары біртекті сұйықтықтағыдай еркін емес, бөлмеленген қабаттарда немесе мицеллаларда таралады.
Магниттік реттелген күйлер
Өтпелі металл атомдары көбінесе жұптаспаған және химиялық байланыстар жасамайтын электрондардың таза спинінің арқасында магниттік моментке ие болады. Кейбір қатты денелерде әртүрлі атомдардың магниттік моменттері реттелген және ферромагнит, антиферромагнит немесе ферримагнит құрауы мүмкін. Ферромагнитте – мысалы, қатты темірде – әрбір атомның магниттік моменті бір бағытта (магниттік домен ішінде) орналасады. Егер домендер де тураланса, қатты дене тұрақты магнит болып табылады, ол сыртқы магнит өрісі болмаған кезде де магниттік қасиетін сақтайды. Магниттік қасиеті магнит Кюри нүктесіне дейін қызған кезде жоғалады, ол темір үшін 768 °C (1414 °F) құрайды. Антиферромагнитте тең және қарама-қарсы магниттік моменттердің екі желісі бар, олар бір-бірін жояды, сондықтан таза магниттеу нөлге тең. Мысалы, никель(II) оксидінде (NiO) никель атомдарының жартысы бір бағытта, ал жартысы қарама-қарсы бағытта орналасқан. Ферримагнитте магниттік моменттердің екі желісі қарама-қарсы, бірақ тең емес, сондықтан жою толық емес және нөлдік емес таза магниттеу болады. Мысалы, магнетит (FeO) түрлі магниттік моменттері бар Fe және Fe иондарын қамтитын магнит. Кванттық спин сұйықтығы (QSL) – өзара әрекеттесетін кванттық спиндер жүйесіндегі тәртіпсіз күй, ол басқа тәртіпсіз күйлерден айырмашылығы өте төмен температурада өзінің тәртіпсіздігін сақтайды. Бұл физикалық мағынада сұйық емес, бірақ магниттік реті өзінен-өзі бұзылған қатты дене. "Сұйық" атауы әдеттегі сұйықтықтағы молекулалық тәртіпсіздікке ұқсастығымен байланысты. QSL магниттік домендер параллель болатын ферромагнит емес, магниттік домендер антипараллель болатын антиферромагнит емес; оның орнына магниттік домендер кездейсоқ бағытталған. Бұл, мысалы, геометриялық жағынан бұзылған магниттік моменттер арқылы жүзеге асырылуы мүмкін, олар біркелкі параллельді немесе антипараллельді бағыттай алмайды. Салқындаған кезде және бір күйге жеткенде, домен бағытты "таңдауы" керек, бірақ егер мүмкін болатын күйлер энергия жағынан ұқсас болса, біреуі кездейсоқ таңдалады. Нәтижесінде, қысқа қашықтыққа күшті тәртіп болғанмен, ұзақ мерзімді магниттік тәртіп жоқ.
Жоғары өткізгіш
Үстеме өткізгіштер – электрлік кедергісі нөлге тең, демек, толық өткізгіштікке ие материалдар. Бұл төмен температурада ғана болатын ерекше физикалық күй. Әрбір үстеме өткізгіш үшін нақты анықталған өту температурасында кедергісі күрт өсіп, шекті мәнге жетеді. Үстеме өткізгіш өз ішіндегі барлық магниттік өрістерді сыртқа шығарады, бұл құбылыс Мейснер эффектісі немесе толық диамагнетизм деп аталады.
Өте сұйық
Абсолюттік нөлге жақын кейбір сұйықтықтар екінші сұйық күйге өтеді, оны суперсұйықтық деп атайды, себебі оның тұтқырлығы нөлге тең (немесе сұйықтығы шексіз; яғни, үйкеліссіз ағады). Бұл 1937 жылы гелий үшін ашылды, ол ламбда температурасынан төмен температурада суперсұйықтыққа айналады. Осы күйде ол ыдысынан "шығуға" тырысады. Сонымен қатар, оның жылу өткізгіштігі шексіз, сондықтан суперсұйықтықта температура градиенті пайда бола алмайды. Суперсұйықтықты айналатын ыдысқа салса, квантталған құйын пайда болады. Бұл қасиеттер гелий-4 изотопының суперсұйық күйде Бозе-Эйнштейн конденсатын (келесі бөлімді қараңыз) құрайтынымен түсіндіріледі. Жақында ғана, гелий-3 және литий-6 изотоптарының әсерінен тіпті төмен температурада фермиондық конденсат суперсұйықтықтары жасалды.
Бозе-Эйнштейн конденсаты
1924 жылы Альберт Эйнштейн мен Сатьендра Натх Боз "Бозе-Эйнштейн конденсаты" (BEC) деп болжады, оны кейде материяның бесінші күйі деп те атайды. BEC-те материя жеке бөлшектер ретінде әрекет етуді тоқтатып, бірыңғай толқындық функциямен сипатталатын жалғыз кванттық күйге құлайды. Газ тәрізді күйде Бозе-Эйнштейн конденсаты көп жылдар бойы расталмаған теориялық болжам болып келді. 1995 жылы Колорадо университеті Боулдердегі JILA институтының Эрик Корнелл мен Карл Виман басқаратын зерттеу топтары алғашқы осындай конденсатты тәжірибе жүзінде жасады. Бозе-Эйнштейн конденсаты қатты денеге қарағанда "суық". Бұл атомдардың кванттық деңгейлері өте ұқсас (немесе бірдей) болғанда, абсолюттік нөлге жақын температурада пайда болуы мүмкін.
Фермиондық конденсат
Фермиондық конденсат Бозе-Эйнштейн конденсатына ұқсас, бірақ фермиондардан құралған. Паулидің қанағаттандырылмау принципі фермиондардың бірдей кванттық күйге енуіне кедергі келтіреді, бірақ фермиондар жұбы бозон сияқты мінез-құлық таныта алады, сондай-ақ мұндай жұптардың көптегені шектеусіз бірдей кванттық күйге кіре алады.
Өршілі зат
Өте жоғары қысым кезінде, мысалы, өлген жұлдыздардың ядроларында, қарапайым материя бірнеше экзотикалық материя күйлеріне өтеді, олар жиынтығы дегенеративтік материя деп аталады және олар негізінен кванттық механикалық эффектілермен қолдалады. Физикада "дегенерация" дегеніміз – бірдей энергияға ие және осылайша алмастырылатын екі күйді білдіреді. Дегенеративтік материя Паулидің тыйым салу принципімен қолдалады, ол екі фермиондық бөлшектің бірдей кванттық күйде болуына жол бермейді. Қалыпты плазмадан айырмашылығы, дегенеративтік плазма қызған кезде аз ғана кеңейеді, себебі импульс күйлерінің барлығы қолданылып бітті. Осының салдарынан, дегенеративтік жұлдыздар өте жоғары тығыздыққа дейін ыдырайды. Көбірек массасы бар дегенеративтік жұлдыздар кішкенерек болады, себебі гравитациялық күш артады, бірақ қысым пропорционалды түрде арта қоймайды. Электрондық дегенеративтік материя ақ жұлдыздардың ішінде кездеседі. Электрондар атомдарға байланысты болып қалады, бірақ жақын орналасқан атомдарға өте алады. Нейтрон дегенеративтік материя нейтронды жұлдыздарда кездеседі. Өте зор гравитациялық қысым атомдарды соншалық қысып жібереді, электронды кері бета-ыдырау арқылы протондармен біріктіруге мәжбүр етеді, нәтижесінде нейтрондардың өте тығыз жиынтығы пайда болады. Әдетте, атом ядросының сыртындағы бос нейтрондардың жартылай ыдырау мерзімі шамамен 10 минутты құрайды, бірақ нейтронды жұлдызда ыдырау кері ыдыраудан озады. Суық дегенеративтік материя сондай-ақ Юпитер сияқты планеталарда және одан да массивті қоңыр ергежейлілерде де болады, олардың ядросы металл сутегінен тұрады деп күтілуде. Дегенерацияның нәтижесінде, көбірек массасы бар қоңыр ергежейлілер айтарлықтай үлкен болмайды. Металдарда электрондар дегенерацияланбаған оң иондардың торынан қозғалатын дегенеративтік газ ретінде модельделуі мүмкін.
Кварк материясы
Қалыпты суық материяда ядролық материяның негізгі бөлшектері – кварктар, күшті күшпен 2–4 кварктан тұратын адрондарға, мысалы, протон мен нейтронға шектелген. Кварк материясы немесе кванттық хромодинамикалық (QCD) материя – күшті күшті жеңіп, кварктардың шектелмеген және еркін қозғалатын фазалар тобы. Кварк материясының фазалары өте жоғары тығыздық немесе температурада пайда болады, және оларды зертханада тепе-теңдікте өндірудің белгілі жолы жоқ; қалыпты жағдайларда пайда болған кез келген кварк материясы бірден радиоактивті ыдырауға ұшырайды. Бейтаныс материя – кварк материясының бір түрі, ол Тольман-Оппенгеймер-Волкофф шегіне жақын кейбір нейтронды жұлдыздардың ішінде бар болуы мүмкін деп саналады (шамамен 2–3 күн массасы), бірақ оның бар екендігіне тікелей дәлел жоқ. Бейтаныс материяда энергияның бір бөлігі қайырлы кварктар түрінде көрінеді, ол әдеттегі төмен кварктардың ауыр аналогы. Ол қалыптасқаннан кейін төменгі энергиялық күйлерде тұрақты болуы мүмкін, бірақ бұл әлі белгісіз. Кварк-глюон плазмасы – кварктардың глюондар теңізінде, кварктарды біріктіретін күшті күшті тасымалдайтын субатомдық бөлшектерде, тұрақты түрде бөлшектерге байланғаннан гөрі еркін және тәуелсіз қозғала алатын өте жоғары температуралық фаза. Бұл плазмадағы атомдардан электрондардың босауына ұқсас. Бұл күйге өте жоғары энергиялы ауыр иондардың соқтығысуы кезінде бөлшектер үдеткіштерінде қысқа мерзімге қол жеткізіледі және ғалымдарға жеке кварктардың қасиеттерін байқауға мүмкіндік береді. Кварк-глюон плазмасының бар екендігін болжайтын теориялар 1970-ші жылдардың соңы мен 1980-ші жылдардың басында жасалды және ол алғаш рет 2000 жылы ЦЕРН зертханасында анықталды. Газ сияқты ағып жүретін плазмадан айырмашылығы, QGP ішіндегі өзара әрекеттесулер күшті және ол сұйықтық сияқты ағып жүреді. Жоғары тығыздықта, бірақ салыстырмалы түрде төмен температурада кварктар қазіргі таңдағыда табиғаты белгісіз кварк сұйықтығын құрайды деп есептеледі. Ол тіпті жоғары тығыздықта ерекше түсті дәмді құлыпталған (CFL) фазаны құрайды. Бұл фаза түсті заряд үшін өте өткізгіш. Бұл фазалар нейтронды жұлдыздарда пайда болуы мүмкін, бірақ қазіргі уақытта олар теориялық болып табылады.
Түсті шыны конденсаты
Түсті шыны конденсаты – жарық жылдамдығына жуық жылдамдықпен қозғалатын атом ядроларында бар деп теорияланған материяның бір түрі. Эйнштейннің қатысу теориясына сәйкес, жоғары энергиялы ядро қозғалыс бағытында ұзындығынан қысқарады немесе жиырылады. Осының салдарынан, ядро ішіндегі глюондар тұрған бақылаушыға жарық жылдамдығына жуық жылдамдықпен қозғалатын "глюондық қабырға" ретінде көрінеді. Өте жоғары энергияда, осы қабырғадағы глюондардың тығыздығы күрт өседі. Мұндай қабырғалардың соқтығысуынан пайда болатын кварк-глюондық плазмадан өзгеше, түсті шыны конденсаты осы қабырғалардың өзін сипаттайды және бұл бөлшектердің RHIC және, мүмкін, Ұлы адрондық соқтығыстырғыштағы сияқты жоғары энергия жағдайында ғана байқалатын ішкі қасиеті болып табылады.
Өте жоғары энергиялық күйлер
Әртүрлі теориялар өте жоғары энергияда материяның жаңа күйлерін болжайды. Бір белгісіз күй ғаламда бариондық асимметрияны тудырды, бірақ оның жайлы көбінесе бірі де білмейді. Көгал теориясында суперсызықтардың температурасы шамамен 1030 К шамасында деп болжанады, онда суперсызықтар көптеп пайда болады. Планк температурасында (1032 К) гравитация жеке бөлшектер арасындағы маңызды күшке айналады. Қазіргі теориялардың ешқайсысы осы күйлерді сипаттауға шамасы жетпейді және оларды көрерлік тәжірибелермен жасау мүмкін емес. Дегенмен, осы күйлер космология үшін маңызды, себебі ғалам Үлкен жарылыс кезінде осы күйлерден өтіп кеткен болуы мүмкін.
Өте қатты
Супертұйық – суперсұйық қасиеттері бар кеңістікте реттелген материал (яғни қатты немесе кристалл). Суперсұйыққа ұқсас, супертұйық да үйкеліссіз қозғала алады, бірақ берік пішінін сақтайды. Супертұйық қатты дене болғанымен, ол басқа қатты денелерден өзгеше көптеген ерекше қасиеттерді көрсетеді, сондықтан оны материяның жаңа күйі деп санайтындар көп.
Жіптік желілер үшін сұйықтық
Сызықтық торлы сұйықтықта атомдар сұйықтық сияқты көрінеу тұрақсыз орналасқан, бірақ жалпы үлгіде сақталған, қатты дене сияқты. Қалыпты қатты күйдегі материя атомдары торлы құрылымға түзіледі, сондықтан кез келген электронның спині оған жанасқан барлық электронның спиніне қарама-қарсы болады. Бірақ сызықтық торлы сұйықтықта атомдар кейбір электрондардың бірдей спинді көршілері болуын қажет ететін белгілі бір үлгіде орналасады. Бұл ерекше қасиеттерге әкеледі, сондай-ақ ғаламның негізгі шарттары туралы кейбір ерекше пікірлерді қолдайды.
Супер шыны
Супершыны – бір уақытта супертірілігі және қатып қалған аморфты құрылымымен сипатталатын материяның күйі.
Тізбекті балқытылған күйі
Металдар, мысалы, калий, тізбекті балқытылған күйде бір уақытта сұйық және қатты күйде болуы мүмкін. Бұл жоғары температура мен қысымға ұшыраудың нәтижесінде, калийдегі тізбектер сұйыққа еріп, кристалдар қатты күйде қалады.
Кванттық Холл күйі
Кванттық Холл күйі ток ағынына перпендикуляр бағытта өлшенетін квантталған Холл кернеуін тудырады. Кванттық спин Холл күйі – энергияны аз жұмсайтын және аз жылу шығаратын электрондық құрылғыларды жасауға мүмкіндік беретін теориялық фаза. Бұл, материяның кванттық Холл күйінен туындаған нұсқа.
Фотоникалық зат
Фотоникалық зат – фотондар газбен өзара әрекеттескенде көзге көрінетін масса пайда болатын құбылыс. Бұл жағдайда фотондар бір-бірімен өзара әрекеттесіп, тіпті фотоникалық "молекулалар" құрауы мүмкін. Массаның көзі – массивті газ. Бұл, қалпына келгенде массасы жоқ және өзара әрекеттесе алмайтын бос кеңістікте қозғалатын фотондарға қарама-қарсы келеді.