Matéria +
Antimatéria = Energia. Ao colidir uma partícula de matéria com a sua
antimatéria ambas se
transformam
em energia pura, proporcional à massa consumida, gerando energia segundo E=mc².
Toda partícula fundamental no universo possui uma antipartícula,
que tem a mesma massa, mas carga oposta. Se uma partícula encontra sua
antipartícula, as duas se aniquilam em um flash de energia.
Desde 1937, no entanto, os cientistas acreditam que existe
exceções a essa regra: certas partículas que são suas próprias antipartículas.
Agora, pesquisadores da Universidade de Stanford e da
Universidade da Califórnia, ambas nos EUA, encontraram a primeira evidência
forte para esse tipo de partícula, que eles nomearam de “partícula anjo”.
O físico Ettore Majorana foi o primeiro a destacar uma lacuna na
família de partículas dos férmions. Prótons, elétrons, nêutrons, neutrinos e
quarks são todos férmions, e todos têm antipartículas correspondentes.
De acordo com os cálculos de Majorana, contudo, devem haver
partículas que sejam suas próprias antipartículas.
Como eles não têm carga, nêutrons e neutrinos se mostraram os
melhores candidatos para serem estes férmions de Majorana. Desde então,
antinêutrons foram descobertos. Ainda há um grande ponto de interrogação sobre
os neutrinos, mas a dificuldade dos experimentos científicos 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 estudando
“quasipartículas” (ou quase-partículas). Como o nome sugere, não são partículas
muito naturais, mas surgem do comportamento coletivo dos elétrons. Elas
funcionam mais ou menos como bolhas em uma bebida: as bolhas também surgem do
“comportamento coletivo” dos produtos químicos na bebida e, embora não sejam
objetos realmente independentes, possuem propriedades
As quase-partículas podem não ocorrer fora de condições muito
específicas, mas podem ser consideradas férmions de Majorana se exibirem todas
as propriedades corretas.
“Nossa equipe previu exatamente onde encontrar [o férmion de
Majorana] e o que procurar”, disse Shoucheng Zhang, um dos principais autores
do estudo. “Esta descoberta conclui uma das pesquisas mais intensivas em física
fundamental, que durou exatamente 80 anos”.
Para que essas quasipartículas peculiares se mostrassem, a
equipe cuidadosamente construiu sua “bebida” específica, composta de filmes
finos de dois materiais quânticos. O resultado final se mostrou um isolador
topológico supercondutor, que permitiu que os elétrons se movessem rapidamente
ao longo das bordas da superfície do material, mas não pelo meio. Adicionando
uma pitada de material magnético na mistura, os elétrons fluíram em uma direção
ao longo de uma borda, e na direção oposta ao longo da outra.
Os pesquisadores então colocaram um ímã sobre o material, o que
fez com que todos os elétrons diminuíssem a velocidade, parassem e alternassem
a direção.
A inversão aconteceu em um movimento brusco e escalonado. As
quasipartículas começaram a emergir do material em pares, viajando pelo mesmo
caminho que os elétrons, mas houve uma diferença fundamental: quando pararam e
mudaram de direção, fizeram isso exatamente na metade do caminho que os
elétrons fizeram.
Isso é porque cada quasipartícula é essencialmente apenas metade
de uma partícula, uma vez que uma de cada par é perdida ao longo do caminho. E
esse fenômeno era exatamente a evidência que a equipe estava procurando.
A longo prazo, os férmions de Majorana poderiam ter uma
aplicação prática na segurança de computadores quânticos.
A pesquisa foi publicada na prestigiosa revista científica
Science.
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