A física de partículas não agrada a todos. Uma equipe de físicos teorizou a existência de um tipo estranho de partícula que se comporta de maneira diferente dependendo da direção de deslocamento – sem massa em uma direção, mas possuindo massa quando se move na outra direção! Esta partícula estranha e indescritível, conhecida como férmion semi-Dirac ou “quasipartícula”, foi realmente observada em ação. Para detectá-lo, os pesquisadores resfriaram um cristal semimetálico até próximo do zero absoluto, expuseram-no a um poderoso campo magnético e luz infravermelha e capturaram com sucesso o sinal dessas quasipartículas incomuns.
A física de partículas é o ramo da física que estuda a composição fundamental da matéria e as forças que governam suas interações. Ele se concentra nos menores blocos de construção do universo – partículas como quarks, léptons e bósons – que constituem os átomos e tudo o que nos rodeia. Essas partículas subatômicas interagem por meio de forças fundamentais como o eletromagnetismo, a gravidade, a força nuclear forte e a força nuclear fraca. O estudo da física de partículas frequentemente envolve experimentos de alta energia, onde as partículas são aceleradas até perto da velocidade da luz e colidem, permitindo observações de seu comportamento e propriedades.
As descobertas na física de partículas não são tão comuns, mas uma equipe de pesquisadores da Penn State University anunciou a descoberta de um novo tipo de partícula conhecida como quasipartícula. Quasipartículas são um quantum de energia em uma estrutura cristalina ou outra estrutura de rede que possui momento e posição e pode, em alguns casos, ser considerada uma partícula. Eles nomearam sua nova quasipartícula de férmion semi-Dirac, até o anúncio de que já haviam se passado 16 anos desde que essa estranha partícula havia sido teorizada.
Muitas vezes, na física de partículas, as coisas podem ir contra tudo o que o seu bom senso lhe diz. É definitivamente o caso do férmion semi-Dirac que foi descoberto em um cristal ZrSiS (sulfeto de zircônio e silício). Quando se move em uma direção, parece ter massa, mas na outra direção parece sem massa! Isto é possível quando uma partícula obtém a sua energia do seu movimento e, neste caso, a sua energia quase pura viajando à velocidade da luz.
A descoberta está de acordo com a teoria da Relatividade Especial de Einstein, que diz que qualquer coisa que viaje à velocidade da luz não pode ter massa. De acordo com o pesquisador principal Yinming Shao ‘Em materiais sólidos, o comportamento coletivo de muitas partículas, também conhecidas como quasipartículas, pode ter um comportamento diferente do das partículas individuais, o que neste caso deu origem a partículas com massa em apenas uma direção.’
A equipe usou o ímã híbrido do Laboratório Nacional de Alto Campo Magnético, na Flórida, para gerar um campo magnético 900.000 vezes mais forte que o da Terra! Eles resfriaram um pedaço de cristal ZrSiS a apenas alguns graus acima do zero absoluto e o expuseram ao campo magnético enquanto direcionavam luz infravermelha para explorar suas propriedades quânticas. Isto permitiu-lhes estudar como os eletrões no interior do material responderam à luz, revelando muitas características que eram esperadas, além de mais algumas que confundiram a equipa.
O campo magnético foi um elemento crucial para o experimento, que fez com que os elétrons dentro do cristal fossem quantizados em estados discretos chamados níveis de Landau, que possuem valores fixos. A diferença entre os níveis depende da massa dos elétrons e da força do campo magnético. Se o campo magnético aumentar, o nível de energia dos elétrons deveria aumentar com base em sua massa, mas isso não aconteceu!
Shao continuou explicando suas descobertas: “Imagine que a partícula é um minúsculo trem confinado a uma rede de trilhos, que são a estrutura eletrônica subjacente do material. Agora, em determinados pontos os trilhos se cruzam, então nosso trem de partículas está se movendo ao longo de seu trajeto rápido, na velocidade da luz, mas então ele atinge uma interseção e precisa mudar para um trilho perpendicular. De repente, experimenta resistência, ganha massa. As partículas são todas energia ou têm massa dependendo da direção de seu movimento ao longo dos trilhos do material.
Fonte : Partícula que só tem massa quando se move em uma direção observada pela primeira vez
