Cientistas descrevem nova partícula que desafia as Leis da Física

Como você sabe, antes de acionar o Grande Colisor de Hádrons e sair por aí anunciando a descoberta de novas partículas que podem mudar a física como a conhecemos, primeiro os cientistas devem descrever suas teorias para depois poder testá-las. Pois, de acordo com Fiona MacDonald, do portal Science Alert, um grupo de pesquisadores acaba de descrever uma partícula inédita e, surpreendentemente, ela parece desafiar as leis que regem o Universo.

Segundo Fiona, a nova partícula se chama Fêrmion de Weyl Tipo-II e é uma espécie de “prima” do Fêrmion de Weyl — que foi descrita há 85 anos, mas só teve a existência confirmada este ano. Conforme explicou, a novidade foi descrita após um time internacional de pesquisadores da Universidade de Princeton, nos EUA, notar que um cristal metálico que eles estavam estudando, um material chamado ditelureto de tungstênio, se comportava de forma estranha.

Comportamento inesperado

De acordo com os cientistas, quando os metais são submetidos a um campo magnético, a maioria deles se comporta como um isolante elétrico. Por outro lado, quando os cristais metálicos contendo Fêrmions de Weyl são expostos ao mesmo tipo de força, eles se transformam em condutores incrivelmente eficazes. Entretanto, quando os pesquisadores sujeitaram o ditelureto de tungstênio ao campo magnético, algo inesperado aconteceu.

Eles notaram que, dependendo da direção do campo magnético aplicado ao material, o ditelureto de tungstênio podia se tornar um isolante ou um condutor — e quando os cientistas foram avaliar o que estava por trás desse comportamento esquisito, eles concluíram que se tratava da influência de uma nova partícula. E foi assim que o Fêrmion de Weyl Tipo-II entrou em cena.

Fêrmion de Weyl

Segundo mencionamos anteriormente, o Fêrmion de Weyl foi descrito na década de 30 — pelo físico Hermann Weyl em sua teoria quântica padrão de campos. Entretanto, o cientista jamais previu a existência do Tipo-II porque essa partícula viola a simetria de Lorentz, que determina que as leis da física são as mesmas para observadores que estejam em movimento constante e que a velocidade da luz é invariável para qualquer observador.

De acordo com o pessoal do portal The Daily Galaxy, para a teoria quântica de campos, o Universo está sujeito à simetria de Lorentz, que é característica de partículas de alta energia. O ditelureto de tungstênio, o cristal metálico que parece conter a partícula que foi descrita, é o que os físicos chamam de sólido de matéria condensada, e vamos falar mais sobre ele a seguir.

Acontece que a simetria de Lorentz não se aplica a materiais como o ditelureto de tungstênio, porque a velocidade normal dos elétrons que compõem esse material é diminuta quando comparada à velocidade da luz. Portanto, a matéria condensada é caracterizada por partículas de baixa energia. Agora, voltando ao assunto do ditelureto de tungstênio…

Universo Material

Segundo os cientistas, as partículas que existem no Universo são descritas pela teoria quântica de campos relativista — que une a mecânica quântica e a teoria da relatividade de Einstein. Nessa teoria, os sólidos são compostos por átomos que consistem em um núcleo rodeado por elétrons, mas, devido à enorme quantidade de elétrons que interagem entre si, a mecânica quântica sozinha não é capaz de explicar o movimento de muitos deles nesses materiais.

Assim, o entendimento atual que temos sobre os materiais se baseia na ideia de que os elétrons presentes nos sólidos podem ser descritos como partículas especiais que não interagem entre si, mas que se movem dentro de um campo criado por partículas carregadas — os íons e os elétrons — que são classificadas como quasipartículas chamadas elétrons de Bloch.

Isso significa que, da mesma forma que os elétrons são considerados como partículas elementares no Universo, os elétrons de Bloch podem ser consideradas como partículas elementares de um sólido.

Portanto, esse sólido — ou seja, neste caso, o ditelureto de tungstênio — se transforma em um “universo” em miniatura, composto por suas próprias partículas elementares. Isso o torna especialmente interessante para os físicos, já que eles podem usar esse material nos mais diversos experimentos para descobrir novas partículas.

Partícula surpreendente

Segundo os cientistas, caso a descoberta do Fêrmion de Weyl Tipo-II seja confirmada, as implicações serão enormes para a tecnologia. Conforme disseram, essa partícula é capaz de conduzir correntes com extrema rapidez, o que significa que poderíamos desenvolver eletrônicos muito mais eficientes no futuro. Além disso, o Fêrmion de Weyl Tipo-II também pode ser facilmente convertido em isolante.

No entanto, mais importante do que suas potenciais aplicações práticas, a possível descoberta de uma nova partícula em um material que simula um Universo em miniatura também enche os pesquisadores de esperança. Afinal, considerado a infinita variedade de materiais que existem no cosmos, quem garante que não existem muitas outras partículas desconhecidas que ainda não foram descritas?

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