Compreender e aperfeiçoar o fator giromagnético (ou “fator g”) não é apenas uma busca teórica, mas afeta diretamente a forma como melhoramos as ferramentas do mundo real, como máquinas de ressonância magnética, relógios atômicos e sensores quânticos. Estas técnicas baseiam-se em medições precisas de como as partículas minúsculas interagem com os campos magnéticos, e mesmo pequenas melhorias nesta compreensão podem levar a imagens mais nítidas, temporização mais precisa e melhores sensores.
O fator g é um número que ajuda a descrever como partículas como os elétrons respondem aos campos magnéticos. Diz-nos como a força do campo magnético do próprio elétron está relacionada com a maneira como ele gira. Nos primeiros trabalhos, há quase um século, o físico Paul Dirac previu que esse valor seria exatamente dois. Mas descobertas posteriores da física moderna sugeriram que o número era ligeiramente superior a dois. Esta pequena diferença, conhecida como “momento magnético anómalo”, que significa uma pequena mas importante mudança no comportamento magnético esperado, tornou-se uma pista útil para testar as nossas teorias atuais sobre como o Universo funciona.
Os professores Chen Jinling, Fan Xingyan e Xie Xiangru da Universidade Nankai propuseram uma ideia nova e ousada que pode mudar a visão dos cientistas sobre este fator g. O estudo deles, publicado na revista científica Physics Results, fornece uma nova explicação sobre por que o fator g pode mudar. O conceito, que eles chamam de “mistura trançada de elétrons”, mostra que mesmo sem o uso da teoria quântica de campos avançada, que descreve como as partículas interagem nas menores escalas, o fator g dos elétrons ainda pode mudar de maneira perceptível.
No centro da ideia está algo chamado “braidon”, um conceito fictício baseado em um padrão de tecelagem, semelhante à forma como o fio é tecido. Esses padrões, conhecidos como relações trançadas, são usados em algumas áreas da física para explicar como as partículas se comportam de maneiras especiais, especialmente em sistemas onde seu arranjo é importante. A equipe do professor Chen descobriu que a equação principal usada para descrever a energia dos elétrons, chamada Hamiltoniana de Dirac, pode ser vista como parte de um sistema maior. Dentro deste quadro mais amplo, parece naturalmente haver duas versões desta equação, cada uma fornecendo uma visão ligeiramente diferente do mesmo elétron. Ao combinar elétrons regulares com essas formas alternativas, eles criaram uma versão híbrida do elétron que se comportava de maneira diferente em um campo magnético.
Essa combinação depende de diversas configurações ajustáveis chamadas ângulos de mesclagem. Esses valores determinam quanto de cada versão do elétron está na mistura, assim como misturar cores em diferentes proporções. Os cientistas mostraram que, ao alterar estes ângulos, o fator g também muda. Num exemplo que estudaram, as mudanças no factor g basearam-se numa simples ligação matemática entre estes ângulos e na rapidez com que o electrão se movia em relação à sua massa. “Nossos resultados fornecem novas pistas para o problema do momento magnético anômalo dos léptons”, destacou o professor Chen. Os léptons são uma família de partículas que inclui elétrons, múons e partículas tau.
É importante ressaltar que este processo de mistura não cria novas partículas. Simplesmente muda a forma como os elétrons existentes são descritos usando ferramentas matemáticas. “A trança de Dirac não é uma partícula nova. Em outras palavras, a trança de Dirac ainda é um elétron, mas um ‘elétron’ transformado unificado.” Professor Chen explicou. A transformação unitária é um método matemático que altera a forma como algo é representado sem alterar suas propriedades físicas essenciais. Em outras palavras, as tranças são apenas outra forma de representar o mesmo elétron, e não um tipo diferente de matéria.
Este método também pode ser aplicado a outras partículas mais pesadas semelhantes aos elétrons, como múons e partículas tau. Essas partículas são mais suscetíveis a alterações no fator g devido ao seu peso maior. Usando a mesma equação, os cientistas podem descobrir que tipo de mistura poderia explicar as diferenças observadas nos experimentos. Isto dá aos físicos novas ferramentas para compreender resultados estranhos.
Embora a ideia permaneça teórica – o que significa que ainda não foi confirmada experimentalmente – ela oferece possibilidades interessantes para testes no mundo real. Os cientistas podem procurar sinais de que o factor g esteja a mudar de novas formas, não devido a forças externas ou novas partículas, mas devido à forma como os electrões se misturam com as suas versões alternativas. Se isso for correto, ajudará a esclarecer resultados experimentais anteriores e fornecerá melhor orientação para experimentos futuros. O professor Chen sugeriu que mais trabalho precisa ser feito para compreender as regras de simetria mais profundas por trás dessa mistura – os padrões fundamentais que ajudam a explicar as leis da física. Por enquanto, o professor Chen acredita que esta ideia “abre um caminho tentador para os físicos encontrarem uma ‘nova física'”, mesmo usando ideias bem estabelecidas.
Referência do diário
Chen J.-L., Fan X.-Y., Xie X.-R. “Possíveis mecanismos para alterar os fatores giromagnéticos.” Resultados em Física, 2025;69:108125. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rinp.2025.108125
Sobre o autor
Jing Ling Chen Professor de Física na Universidade Nankai. Ele recebeu seu bacharelado (1994), mestrado (1997) e doutorado (2000) pela Universidade Nankai, na China. Ele trabalhou como pós-doutorado no Instituto de Física Aplicada de Pequim de 2000 a 2002, e como pesquisador na Universidade Nacional de Cingapura de 2002 a 2005. Seus interesses de pesquisa são física quântica e informação quântica, especialmente problemas quânticos fundamentais, como paradoxo EPR, emaranhamento quântico, direção EPR, não localidade de Bell e contextualidade quântica. Por suas contribuições às fundações quânticas, ele recebeu o prêmio Paul Ehrenfest de melhor artigo para fundações quânticas (2021). Nos últimos anos, ele fez algumas explorações originais em spin, como propor o potencial do vetor de spin, propor o efeito Aharonov-Bohm do tipo spin, prever ondas de momento angular de spin, etc.
