Este ano, os físicos nos deram uma primeira visão de um terceiro reino de quasipartículas que surgem apenas em duas dimensões.
Depois de décadas de exploração nos menores domínios da natureza, os físicos finalmente encontraram evidências da existência de anyons. Previstos pela primeira vez por teóricos no início dos anos 1980, esses objetos parecidos com partículas surgem apenas em reinos confinados a duas dimensões e, então, apenas sob certas circunstâncias – como em temperaturas próximas do zero absoluto e na presença de um forte campo magnético.
Os físicos ficam entusiasmados com os ânions não apenas porque sua descoberta confirma décadas de trabalho teórico, mas também por razões práticas. Por exemplo: os Anyons estão no centro de um esforço da Microsoft para construir um computador quântico funcional.
Este ano trouxe duas confirmações sólidas das quasipartículas. A primeira chegou em abril, em trabalho de capa da Science, de um grupo de pesquisadores da École Normale Supérieure de Paris. Usando uma abordagem proposta quatro anos atrás, os físicos enviaram um gás de elétron através de um colisor de partículas minúsculas para provocar comportamentos estranhos – especialmente cargas elétricas fracionárias – que só surgem se houver anyons por perto. A segunda confirmação veio em julho, quando um grupo da Purdue University em Indiana usou uma configuração experimental em um chip gravado que filtrava as interações que poderiam obscurecer o comportamento do anyon.
O físico do MIT Frank Wilczek, que previu e nomeou anyons no início dos anos 1980, credita o primeiro artigo como a descoberta, mas diz que o segundo permite que as quasipartículas brilhem. “É um trabalho maravilhoso que faz o campo florescer”, diz ele. Anyons não são como partículas elementares comuns; os cientistas nunca serão capazes de isolar um do sistema onde ele se forma. Eles são quasipartículas, o que significa que têm propriedades mensuráveis como uma partícula – como uma localização, talvez até uma massa – mas são observáveis apenas como resultado do comportamento coletivo de outras partículas convencionais. (Pense nas formas geométricas intrincadas criadas pelo comportamento de grupo na natureza, como bandos de pássaros voando em formação ou cardumes de peixes nadando como um só.)
O universo conhecido contém apenas duas variedades de partículas elementares. Uma é a família dos férmions, que inclui elétrons, bem como prótons, nêutrons e os quarks que os formam. Os férmions guardam para si mesmos: dois não podem existir no mesmo estado quântico ao mesmo tempo. Se essas partículas não tivessem essa propriedade, toda a matéria poderia simplesmente entrar em colapso em um único ponto. É por causa dos férmions que a matéria sólida existe.
O resto das partículas no universo são bósons, um grupo que inclui partículas como fótons (os mensageiros da luz e da radiação) e glúons (que “unem” os quarks). Ao contrário dos férmions, dois ou mais bósons podem existir no mesmo estado ao mesmo tempo.
Eles tendem a se agrupar. É por causa dessa aglomeração que temos lasers, que são fluxos de fótons, todos ocupando o mesmo estado quântico.
Anyons não se encaixam em nenhum dos grupos. O que torna os anyons especialmente interessantes para os físicos é que eles exibem algo análogo à memória de partículas. Se um férmion orbita outro férmion, seu estado quântico permanece o mesmo. O mesmo vale para um bóson.
Anyons são diferentes. Se um se move ao redor do outro, seu estado quântico coletivo muda. Isso pode exigir três ou até cinco ou mais revoluções antes que os anyons retornem ao seu estado original. Essa ligeira mudança na onda atua como uma espécie de memória da viagem. Essa propriedade os torna objetos atraentes para computadores quânticos, que dependem de estados quânticos que são notoriamente frágeis e sujeitos a erros. Anyons sugere uma maneira mais robusta de armazenar dados.
Wilczek aponta que os anyons representam todo um “reino” contendo muitas variedades com comportamentos exóticos que podem ser explorados e aproveitados no futuro. Ele começou a pensar neles há cerca de 40 anos, na pós-graduação, quando ficou frustrado com as provas que apenas estabeleceram a existência de dois tipos de partículas.
Ele imaginou outra coisa, e quando questionado sobre suas outras propriedades ou onde encontrar esses estranhos intermediários, meio de brincadeira disse: “vale tudo” – dando origem ao nome.
Agora, diz ele, os novos estudos são apenas o começo. Olhando para o futuro, ele vê os anyons como uma ferramenta para encontrar estados exóticos da matéria que, por enquanto, permanecem ideias selvagens nas teorias dos físicos.
Publicado em 19/12/2020 09h43
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