Cientistas de Stanford e da Universidade da Califórnia encontraram evidências de fermiões de Majorana - partículas que são suas próprias antipartículas
Toda partícula fundamental no universo possui uma antipartícula, que tem a mesma massa, mas a carga oposta. Se uma partícula já deveria encontrar sua antipartícula, as duas se aniquilariam em um flash de energia. Mas há muito tempo foi teorizado que há uma exceção à regra, com certas partículas que são realmente suas próprias antipartículas. Agora, cientistas de Stanford e da Universidade da Califórnia encontraram a primeira evidência forte para esse tipo de partícula, que eles chamam de a "partícula de anjo".
A teoria remonta a 1937, quando o físico Ettore Majorana destacou uma lacuna na família de partículas do fermião. Protons, elétrons, neutrões, neutrinos e quarks são todos fermions, e todos têm correspondentes antipartículas, mas de acordo com os cálculos de Majorana, devem haver partículas que sejam suas próprias antipartículas.
Como eles não têm carga, neutrões e neutrinos foram os melhores candidatos para serem estes fermões de Majorana, mas os antineutrons foram descobertos. Ainda há um grande ponto de interrogação sobre os neutrinos, e experimentos estão atualmente em andamento para determinar se eles são na verdade sua própria antipartícula. No entanto, a dificuldade dos experimentos significa que uma resposta ainda está a mais de uma década de distância.
Enquanto isso, a maneira mais provável de encontrar férmions de Majorana é procurar por "quase-partículas". Como o nome sugere, estas não são partículas muito naturais, mas surgem do comportamento coletivo dos elétrons e possuem certas propriedades das partículas. Se isso é difícil de visualizar, a Encyclopaedia Britannica explica o conceito como bolhas em uma bebida: bolhas também surgem do "comportamento coletivo" dos produtos químicos na bebida e, embora não sejam objetos realmente independentes, as bolhas possuem propriedades mensuráveis Como objetos, incluindo tamanho, forma, etc.
Da mesma forma, as quase-partículas podem não ocorrer fora de condições muito específicas, mas podem ser consideradas férmions de Majorana se exibirem todas as propriedades corretas. Agora, Stanford e pesquisadores da UC disseram que encontraram uma assinatura de "arma fumegante" que aponta para a presença desses fermions hipotéticos.
"Nossa equipe previu exatamente onde encontrar o fermião de Majorana e o que procurar como sua assinatura experimental de" arma fumegante ", diz Shoucheng Zhang, um dos principais autores do trabalho de pesquisa. "Esta descoberta conclui uma das pesquisas mais intensivas em física fundamental, que durou exatamente 80 anos".
Para que essas quasipartículas peculiares se mostrem, a equipe cuidadosamente construiu sua "bebida" muito específica, composta de filmes finos de dois materiais quânticos empilhados um sob outro. Eresultado final é um isolador topológico supercondutor, que permite que os elétrons se movam rapidamente ao longo das bordas da superfície do material, mas não pelo meio. Adicionando uma pitada de material magnético na mistura, os elétrons fluem em uma direção ao longo de uma borda, e a direção oposta ao longo da outra.
Os pesquisadores então varreram um ímã sobre o material, o que fez com que todos os elétrons diminuíssem, parassem e alternassem a direção. A inversão aconteceu em um movimento brusco e escalonado que a equipe compara a degraus em uma escada. As quasiparticulas começaram a emergir do material em pares, viajando pelo mesmo caminho que os elétrons, mas houve uma diferença fundamental: quando elas pararam e se viraram, elas fizeram isso em "passos" exatamente a metade dos elétrons. Isso é porque cada uma é essencialmente apenas metade de uma partícula, uma vez que uma de cada par de quase partículas é o perdido ao longo do caminho. E esse fenômeno era exatamente a evidência que a equipe estava procurando.
Zhang propõe que a descoberta da equipe seja chamada de "partícula anjo" após a novela de Dan Brown, Anjos e Demônios , que apresenta uma bomba movida pelo encontro de matéria e antimatéria. A longo prazo, as Majoranas poderiam encontrar uma aplicação prática para tornar os computadores quânticos mais seguros.
A pesquisa foi publicada na revista Science .
Fonte: Universidade de Stanford