Uma descoberta inovadora revelou a presença de partículas semelhantes ao gráviton que exibem comportamento rotacional específico em uma classe especial de materiais chamados fluidos Hall quânticos fracionários. 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. Conforme resumido pelo professor Yang num comentário publicado no The Innovation, estas partículas estranhas comportam-se como partículas teóricas chamadas grávitons, que fazem parte de alguns modelos de gravidade.
Esses líquidos quânticos de Hall são intrigantes porque mantêm suas propriedades incomuns mesmo quando perturbados. No entanto, uma visão importante mostra que a forma padrão de interpretar estas propriedades deixa de fora um importante elemento geométrico. Esta descoberta levou os investigadores a identificar movimentos em grande escala na estrutura destes fluidos, que agem como vibrações na forma da matéria. O que é fascinante é que estas vibrações imitam o comportamento dos grávitons, que são partículas que se pensa estarem ligadas gravitacionalmente.
Através de estudos detalhados, os investigadores confirmaram a existência destas partículas semelhantes a grávitons e, mais importante, revelaram o seu comportamento giratório específico conhecido como quiralidade. Quiralidade refere-se ao sentido de rotação, seja no sentido horário ou anti-horário, e neste caso, as partículas apresentam um comportamento quiral único com base no tipo de fluido ao qual estão expostas. Como explica o professor Yang, “Essas partículas semelhantes à gravidade representam uma característica única da geometria dentro dos estados quânticos parciais de Hall, fornecendo uma nova perspectiva sobre sua complexidade.”
Um grande avanço ocorreu quando uma equipe liderada pelo professor Yang descreveu como uma técnica específica chamada espalhamento Raman, que usa luz polarizada, poderia detectar essas partículas. O espalhamento Raman é um processo no qual a luz é absorvida e depois emitida para revelar a energia e o spin dessas partículas. Tentativas anteriores de capturar esse comportamento, décadas atrás, fracassaram devido a métodos desatualizados. No entanto, as ferramentas modernas tornaram isso possível. Embora o projeto tenha sofrido atrasos após a gestão do investigador principal, outros colegas continuaram o trabalho e eventualmente confirmaram a existência e o comportamento destas partículas semelhantes à gravidade, impulsionando tanto a física da matéria condensada como o estudo mais amplo da gravidade.
Esta descoberta é de grande importância. Esta é a primeira vez que uma partícula semelhante à gravitacional com propriedades rotacionais específicas existe em um sistema físico. Embora as forças gravitacionais reais que se pensa estarem envolvidas nas ondas gravitacionais ainda sejam teóricas, esta observação fornece uma analogia poderosa. As quasipartículas, nome dado a esses impulsos na matéria, são um pouco como partículas reais, mas existem apenas sob certas condições. A maioria das quasipartículas tem propriedades muito simples, portanto, encontrar uma com um spin tão único é crucial. Como enfatizou o professor Yang, “Essas partículas semelhantes à gravitação não ocorrem por acaso; elas fornecem uma nova maneira de estudar a estrutura profunda e a geometria dos sistemas Hall quânticos.”
A pesquisa também fornece novos caminhos para o estudo desses materiais complexos. Os métodos tradicionais tendem a focar nas bordas dos sistemas, que são difíceis de interpretar devido a vários fatores complicadores. A nova abordagem de espalhamento Raman olha diretamente para o interior do material, proporcionando uma visão muito mais clara. O método poderia ajudar os cientistas a explorar certos tipos de fluidos Hall quânticos parciais, o que poderia eventualmente levar a avanços na computação quântica avançada.
A conexão entre essas partículas semelhantes à gravidade e as forças gravitacionais reais está além de uma metáfora. Ambas as áreas de pesquisa – matéria condensada e gravidade – utilizam modelos matemáticos semelhantes, especialmente quando estudam dimensões inferiores. Embora as “forças gravitacionais” encontradas nestes sistemas não sejam as mesmas previstas pela teoria da gravidade de Einstein, elas partilham semelhanças suficientes para encorajar uma maior colaboração entre os cientistas nestas áreas. Ao explorar mais essas conexões, Yang e sua equipe esperam poder desbloquear novos insights sobre a natureza da matéria e as forças que moldam o universo.
A descoberta representa um grande avanço na compreensão das complexidades da matéria e abre caminho para novas e excitantes oportunidades de investigação. À medida que os cientistas continuam a aprofundar-se nestas partículas semelhantes ao gráviton, podemos obter uma compreensão mais clara da estrutura fundamental do universo e das forças que o governam.
Nota de diário
Yang, Kun. “Excitação semelhante ao gráviton com quiralidade prevista observada em líquidos quânticos salgados de Hall.” Inovação, 2024. DOI: https://doi.org/10.1016/j.xinn.2024.100641
Sobre o autor
Dr. Kun Yang (杨昆) é Professor McKenzie de Física na Florida State University e membro afiliado do National High Magnetic Field Laboratory em Tallahassee, Flórida, EUA. Ele recebeu seu Ph.D. da Universidade de Indiana em 1994. Após pós-graduação em Princeton e Caltech, ingressou no corpo docente da Florida State University em 1999. Seus interesses de pesquisa são em matéria condensada teórica e física estatística. Suas homenagens e prêmios ao longo dos anos incluem o Alfred Sloan Fellowship em 1999, o Outstanding Young Researcher Award da Overseas Chinese Physical Society em 2004 e o Outstanding Referee Award da American Physical Society (APS) em 2015. 2016.
Yang Kun formou-se no Departamento de Física da Universidade Fudan em 1989. Mais tarde, foi para os EUA através do programa CUSPEA e recebeu seu doutorado pela Universidade de Indiana em 1994. Mais tarde, fez pesquisa de pós-graduação na Universidade de Princeton e no Instituto de Tecnologia da Califórnia. Ele leciona na Florida State University desde 1999 e atualmente atua como Professor da Cátedra Mackenzie. 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.
