Às vezes, duas dimensões são melhores que três.
No mundo tridimensional em que vivemos, existem duas classes de partículas elementares: bósons e férmions. Mas em duas dimensões, os físicos teóricos prevêem, há outra opção: anyons. Agora, os cientistas relatam novas evidências de que existem anyons e que se comportam de maneira diferente de qualquer partícula conhecida. Usando um minúsculo “colisor”, os pesquisadores se arriscaram a presumir a existência de “alguém” para ajudar a confirmar suas identidades, relatam físicos na Science de 10 de abril.
Todas as partículas elementares conhecidas podem ser classificadas como férmions ou bósons. Elétrons, por exemplo, são férmions. Bósons incluem fótons, que são partículas de luz, e o famoso bóson de Higgs, que explica como as partículas obtêm massa. As duas classes se comportam de maneira diferente: os férmions são solitários e evitam-se, enquanto os bósons podem se agrupar.
Então, cerca de 40 anos atrás, “os teóricos previram que em um mundo bidimensional, você poderia ter novas partículas com comportamentos diferentes chamados anyons”, diz o físico Gwendal Fève, do Laboratório de Física da École Normale Supérieure, em Paris.
Qualquer pessoa cai em algum lugar entre bósons e férmions, não se evitando inteiramente ou se amontoando. Como não vivemos em duas dimensões, Fève e seus colegas procuraram pessoas dentro de uma camada 2-D de material. Lá, qualquer pessoa pode aparecer como “quase partes”, distúrbios dentro de um material sólido que se comporta como partículas. Tais quasipartículas podem se formar quando grupos de elétrons imitam outra variedade de partículas, como um cardume de peixes pode se mover de maneira coordenada para imitar uma criatura estranha e cintilante, predando confusos.
Os cientistas já viram evidências de pessoas dentro de materiais 2-D em um forte campo magnético. As quasipartículas nesses materiais têm uma carga que é uma fração do elétron, como previsto para qualquer pessoa. Mas os cientistas ainda não confirmaram que as quasipartículas se qualificam totalmente como qualquer pessoa: os pesquisadores não viram o comportamento esperado de agrupamento entre o dos bósons e férmions.
No novo experimento, qualquer pessoa viajou dentro de um plano 2D imprensado dentro de um material em camadas. Os pesquisadores criaram dois fluxos de anyons, direcionados para que colidissem no centro e depois saíssem por um de dois caminhos.
Se os pesquisadores colidissem com férmions antissociais, as partículas teriam se separado após a colisão. Os bósons, por outro lado, tenderiam a se agrupar na mesma saída. No experimento, os pesquisadores viram aglomeração, mas a quantidade de aglomerados e a forma como ela mudou à medida que os cientistas variavam a taxa de envio de qualquer pessoa para o colisor eram consistentes com as previsões teóricas para qualquer pessoa.
“É bastante conclusivo. É um experimento realizado com muito cuidado e muito difícil “, diz o físico teórico Bernd Rosenow, da Universidade de Leipzig, na Alemanha. Em 2016, ele e seus colegas propuseram esse experimento em um estudo na Physical Review Letters.
Quando alguém troca de lugar ou se contorna, prevêem os físicos, os estados quânticos das quasipartículas são alterados. Identificar esse processo, conhecido como trança, seria um argumento mais completo para a existência de anyons, diz o físico Chetan Nayak, da Microsoft Quantum, e da Universidade da Califórnia, em Santa Barbara.
Trançar alguns tipos de anyons pode ser uma técnica útil para construir computadores quânticos melhores. As versões atuais desses computadores são altamente suscetíveis a erros que entram nos cálculos. Como uma trança pura que mantém os cabelos rebeldes alinhados, qualquer pessoa trançada pode armazenar informações de maneira resistente a esses erros.
Embora o novo estudo não tenha demonstrado tranças, ele aproxima os cientistas da compreensão de qualquer pessoa. “É um belo experimento. Definitivamente, está indo além do que foi feito no passado”, diz Nayak.
Publicado em 13/04/2020 07h34
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