Nova partícula desafia classificação e abre portas para a computação quântica

Um estudo publicado na revista científica Natureza sugere uma nova partícula que poderia revolucionar a física quântica. Os representantes desta nova partícula foram chamados excitons fracionários.

Basicamente, existem dois tipos de partículas em três dimensões: os bósons, que transmitem forças, e os férmions, que constituem a própria matéria. Ambos têm cargas elétricas. Ainda existem quasipartículas – um intermediário entre bósons e férmions.

Os excitons fracionários são uma classe de quasipartículas com características próprias, que apresentam grande potencial para uso científico.

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“Nossas descobertas apontam para uma classe inteiramente nova de partículas quânticas que não carregam carga geral, mas seguem estatísticas quânticas únicas”, disse o coautor do estudo Jia Li, professor associado de física na Universidade Brown, nos Estados Unidos.

Segundo o pesquisador, essa descoberta abre uma nova série de novas fases quânticas da matéria. “(A descoberta) apresenta uma nova fronteira para pesquisas futuras, aprofundando nossa compreensão da física fundamental e abrindo novas possibilidades na computação quântica”, disse ele.

Exciton fracionário

Um exciton se forma quando um elétron (partícula carregada negativamente) é removido da matéria. Ali permanece um buraco, com carga positiva, e outros elétrons podem começar a orbitá-lo. Este é o exciton.

Para criá-lo é necessário realizar o efeito Hall quântico. Ao colocar um material como o grafeno em temperaturas muito baixas e expô-lo a campos magnéticos muito elevados, é criada uma tensão lateral que aumenta em etapas claras e separadas.

Então os pesquisadores descobriram um novo efeito: o Hall quântico fracionário, no qual os “degraus” carregam apenas uma carga fracionária do elétron. Isto é realmente peculiar, pois a carga do elétron é a carga fundamental da natureza. Ou seja, não existem cargas de 0,3 elétrons ou 2,5. No entanto, é possível obter uma carga fracionária em quasipartículas graças ao efeito quântico recém-descoberto.

Ao criar o efeito em duas camadas de grafeno separadas por um cristal isolante, a equipe obteve os excitons fracionários. Eles são partículas entre férmions e bósons, mas não se comportam como eles.

“Essencialmente, desbloqueámos uma nova dimensão para explorar e manipular este fenómeno e estamos apenas a começar a arranhar a superfície. Esta é a primeira vez que demonstramos que este tipo de partícula existe experimentalmente e agora estamos nos aprofundando no que pode resultar delas”, acrescentou Li.