Uma descoberta inovadora revelou a existência de partículas semelhantes ao gráviton que exibem comportamento rotacional específico em um tipo especial de material chamado líquido Hall quântico fracionário. A descoberta feita por cientistas como o professor Kun Yang, da Florida State University, representa um grande avanço na compreensão destes estados únicos da matéria. O professor Yang concluiu, num comentário publicado na revista Innovation, que as partículas estranhas se comportam de forma semelhante às partículas teóricas chamadas grávitons, que fazem parte de alguns modelos gravitacionais.
Esses líquidos quânticos de Hall são interessantes porque mantêm suas propriedades incomuns mesmo quando perturbados. No entanto, uma ideia importante sugere que os métodos padrão de interpretação destas propriedades perdem um elemento geométrico importante. Esta descoberta levou os investigadores a descobrir movimentos em grande escala nestas estruturas líquidas, que agem como vibrações na forma do material. Curiosamente, estas vibrações refletem o comportamento dos grávitons, que se pensa estarem relacionados com a gravidade.
Através de estudos detalhados, os investigadores confirmaram a existência destas partículas semelhantes a grávitons e, mais importante, descobriram o seu comportamento rotacional específico, conhecido como quiralidade. Quiralidade refere-se à forma como um objeto gira, no sentido horário ou anti-horário, caso em que as partículas exibem diferentes comportamentos quirais dependendo do tipo de líquido em que aparecem. Como explica o professor Yang, “Essas partículas semelhantes a grávitons representam aspectos únicos da geometria em estados Hall quânticos fracionários, fornecendo novos insights sobre suas propriedades complexas.”
O grande avanço ocorreu quando uma equipe liderada pelo professor Yang descreveu como uma técnica especial chamada espalhamento Raman, que usa luz polarizada, detecta essas partículas. O espalhamento Raman é o processo pelo qual a luz é absorvida e depois emitida de uma forma que revela a energia e o spin dessas partículas. Décadas atrás, foram feitas tentativas de capturar esse comportamento, mas falharam devido a métodos desatualizados. No entanto, as ferramentas modernas tornam isso possível. Embora o projeto tenha sofrido atrasos após a morte de um investigador importante, outros colegas continuaram o trabalho e, finalmente, confirmaram a existência e o comportamento destas partículas semelhantes ao gráviton, avançando a física da matéria condensada e a investigação da gravidade de forma mais geral.
Esta descoberta é de grande importância. Esta pode ser a primeira vez que uma partícula semelhante a um gráviton com propriedades rotacionais específicas foi observada em um sistema físico. Embora os grávitons reais que se pensa estarem associados às ondas gravitacionais permaneçam teóricos, esta observação fornece uma analogia poderosa. Quasipartículas são o nome dessas excitações em materiais, que são um pouco como partículas reais, mas só existem sob certas condições. A maioria das quasipartículas tem características mais simples, por isso descobrir uma com um spin tão único é particularmente importante. Como enfatiza o professor Yang, “Essas partículas semelhantes ao gráviton não apareceram por acaso; elas fornecem uma nova maneira de estudar a estrutura e a geometria mais profundas dos sistemas Hall quânticos.”
A pesquisa também fornece novas maneiras de estudar esses materiais complexos. Os métodos tradicionais tendem a focar nas bordas do sistema, o que pode ser difícil de interpretar devido a vários fatores complicadores. Novos métodos de espalhamento Raman podem olhar diretamente para o interior dos materiais, proporcionando uma visão mais clara. Essa abordagem também poderia ajudar os cientistas a explorar certos tipos de líquidos Hall quânticos fracionários, o que poderia levar a avanços na computação quântica avançada.
A conexão entre essas partículas semelhantes a grávitons e os grávitons reais associados à gravidade é mais do que apenas uma metáfora. Ambos os campos de pesquisa, matéria condensada e gravidade, utilizam modelos matemáticos semelhantes, especialmente quando estudam menos dimensões. Embora os “grávitons” encontrados nestes sistemas não sejam idênticos aos previstos pela teoria da gravidade de Einstein, são suficientemente semelhantes para encorajar uma maior colaboração entre cientistas nestas áreas. Yang e a sua equipa acreditam que, ao explorar mais profundamente estas ligações, podemos desbloquear novos conhecimentos sobre a natureza da matéria e as forças que moldam o universo.
Esta descoberta representa um grande avanço na compreensão de estados complexos da matéria e abre caminho para novas e excitantes oportunidades de investigação. À medida que os cientistas continuam a aprofundar estas partículas semelhantes ao gráviton, poderemos obter uma compreensão mais clara da estrutura fundamental do universo e das forças que o controlam.
Referência do diário
Yang Kun. “Excitações semelhantes a gravitons observadas em líquidos Hall quânticos fracionários com quiralidade prevista.” Inovação, 2024. doi: https://doi.org/10.1016/j.xinn.2024.100641
Sobre o autor
Dr. Kun Yang é Professor McKenzie de Física na Florida State University e membro afiliado do Laboratório Nacional de Alto Campo Magnético em Tallahassee, Flórida. Ele recebeu seu Ph.D. Ele recebeu seu doutorado pela Universidade de Indiana em 1994. Após pós-doutorado na Universidade de Princeton e no Instituto de Tecnologia da Califórnia, ingressou no corpo docente da Universidade Estadual da Flórida em 1999. Seus interesses de pesquisa são matéria condensada teórica e física estatística. As homenagens e prêmios recebidos ao longo dos anos incluem o Alfred Sloan Fellow de 1999, o prêmio de jovem pesquisador de destaque da Overseas Chinese Physical Society de 2004 e o prêmio de árbitro de destaque da American Physical Society (APS) de 2015. Ele foi eleito membro da American Physical Society em 2011 e membro da American Association for the Advancement of Science (AAAS) em 2016.
Yang Kun formou-se no Departamento de Física da Universidade Fudan em 1989. Em seguida, foi para os Estados Unidos através do projeto CUSPEA e recebeu seu doutorado pela Universidade de Indiana em 1994. Mais tarde, realizou pesquisa de pós-doutorado na Universidade de Princeton e no Instituto de Tecnologia da Califórnia. Ele leciona na Florida State University desde 1999 e atualmente atua como professor titular da McKenzie. Ele recebeu honras como o Sloan Research Award, o Overseas Chinese Physical Society Youth Research Award e foi eleito membro da American Physical Society e da American Association for the Advancement of Science.
