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Físicos criam partícula que é a sua própria antipartícula

Faz 80 anos que o físico teórico Ettore Majorana previu que existem partículas carregadas de forma neutra que eram indistinguíveis da própria antipartícula. Nenhuma foi encontrada na natureza, e não por falta de procura.

Os físicos agora têm um sistema semelhante a partículas que se comportam exatamente como o tipo de matéria que Majorana previu. Não só fornece provas experimentais desses tipos únicos de partículas, mas pode ter aplicações no futuro da computação quântica.

Pesquisadores de Stanford e da Universidade da Califórnia fizeram a descoberta forçando os elétrons a fluírem em direções opostas ao longo das bordas de um sanduíche de materiais supercondutores para gerar pares do que são conhecidos como quasipartículas.

A aplicação de um campo magnético a esses pares, quando eles se uniram, fez com que eles diminuíssem e mudassem de direção em estágios distintos, uma característica que foi explorada para detectar um tipo de comportamento que era uma assinatura de partículas de Majorana.

“Nossa equipe previu exatamente onde encontrar o férmion de Majorana e o que procurar como sua assinatura experimental”, diz o pesquisador de Stanford, Shoucheng Zhang.

Em termos simples, para todo tipo de partículas fundamentais no Universo existe o equivalente a um gêmeo com uma carga oposta. O elétron, com carga negativa, por exemplo, possui um pósitron carregado positivamente como sua antipartícula.

Reunir as duas partículas faz com que elas anulem a existência uma da outra, deixando para trás nada além de uma intensa quantidade de radiação gama.

As partículas e as antipartículas também podem fazer o caminho reverso, nascendo juntas em uma concentração de energia, como as que estão dentro de aceleradores de partículas, que é como os físicos as estudam hoje.

Majorana descobriu que deve haver partículas que são suas próprias antipartículas dentro da classe fundamental de matéria conhecida como férmions, que inclui coisas como elétrons, neutrinos e os quarks que compõem prótons e nêutrons.

Os fótons são bons exemplos de serem suas próprias antipartículas, mas não são férmions.

Nêutrons, por outro lado, seriam excelentes candidatos, já que eles já são neutros. Infelizmente, se os nêutrons forem reunidos com antinêutrons, seu grupo oposto de quarks ainda se aniquila.

Seria possível concluir que tais partículas simplesmente não existem no Universo, pelo menos não fora de experiências como essas.

Isso não quer dizer que esses resultados não têm nada para contribuir com a busca de partículas de Majorana “reais”.

Mesmo que os resultados não sejam chocantes, a engenharia do experimento tem sido de grande interesse para os físicos.

A tecnologia poderia ser usada no futuro como forma de reduzir o risco de uma partícula em um computador quântico perder a informação. Uma anti-partícula de back-up pode tornar o sistema mais robusto.

Frank Wilczek, ganhador do Nobel, que não estava envolvido na pesquisa, elogiou a engenhosidade da equipe.

“Não é fundamentalmente surpreendente, porque os físicos pensaram há muito tempo que os férmions de Majorana poderiam surgir dos tipos de materiais utilizados neste experimento”, diz Wilczek. “Mas eles reuniram vários elementos que nunca foram reunidos antes, de forma que esse novo tipo de partícula quântica pode ser observada de maneira limpa e robusta”.

A pesquisa foi publicada na revista Science.

Traduzido e adaptado de Science Alert.

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