Um novo tipo de partícula quântica chamada fermion neutro pode ter sido descoberto em um material isolante na Universidade de Princeton.
Por definição, metais e isolantes são muito diferentes – mas agora os físicos de Princeton descobriram acidentalmente um comportamento quântico inesperado em um isolante que se pensava ser exclusivo dos metais. A descoberta sugere um novo tipo de partícula quântica, que a equipe chama de fermion neutro.
Basicamente falando, os metais conduzem eletricidade e os isolantes não. No nível molecular, isso se resume a como os elétrons podem se mover livremente através dos materiais – nos metais, os elétrons são muito móveis, enquanto os isoladores obviamente têm alta resistência que os impede de se moverem muito.
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Como efeito colateral, os metais podem exibir um fenômeno conhecido como oscilações quânticas. Quando expostos a um campo magnético a temperaturas muito baixas, os elétrons podem mudar para um estado quântico que causa a oscilação da resistividade do material. Isto não acontece em isoladores, entretanto, já que seus elétrons não se movem muito bem.
Ou pelo menos esse foi o pensamento convencional durante a maior parte de um século. No novo estudo, os pesquisadores de Princeton descobriram acidentalmente oscilações quânticas em um isolante pela primeira vez.
A descoberta na Universidade de Princeton
A equipe estava trabalhando com Ditelureto de tungstênio (W Te 2)que se comporta como um metal a granel, mas se torna um isolante quando é raspado em uma forma bidimensional como o grafeno. Ao medir a resistividade do material monocamada sob um campo magnético, eles descobriram que ele começou a oscilar.
“Isto veio como uma surpresa completa”, diz Sanfeng Wu, autor sênior do estudo. “Nós nos perguntamos: ‘O que está acontecendo aqui?”. Ainda não entendemos completamente”.
O fenômeno não pode ser explicado pelas teorias atuais, mas os pesquisadores avançaram suas próprias hipóteses. Eles dizem que podem não ser os próprios elétrons que estão oscilando. Ao contrário, as fortes interações podem estar criando novas partículas quânticas que exibem o efeito observado.
A conclusão científica
Como os isoladores bloqueiam as partículas carregadas, como os elétrons, de se moverem livremente, estas novas partículas teriam que ter uma carga neutra. Estes hipotéticos férmions neutros poderiam então exibir as oscilações quânticas observadas.
“Se nossas interpretações estiverem corretas, estamos vendo uma forma fundamentalmente nova de matéria quântica“, diz Wu.
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“Estamos agora imaginando um mundo quântico totalmente novo, escondido em isoladores”. É possível que tenhamos simplesmente deixado de identificá-los ao longo das últimas décadas”.
A equipe diz que será necessário fazer mais trabalho para verificar se existem férmions neutros, ou se há alguma outra explicação para as experiências observadas.
A pesquisa foi publicada na revista Nature.
Traduzido e editado por equipe Isto é Interessante
