Restringir uma classe invulgar de partículas conhecida como anyões a uma única dimensão poderá forçá-las a assumir uma de duas novas formas, segundo modelos teóricos, apontando para novas interações fundamentais na física de partículas.
Num espaço tridimensional, as partículas dividem-se em dois grupos. Existem os férmions, que normalmente descrevem partículas que não se sobrepõem entre si, como os eletrões e os quarks, e existem os bósons, que descrevem partículas transportadoras de força que conseguem atravessar-se mutuamente com facilidade.
"Todas as partículas no nosso Universo parecem encaixar rigidamente em duas categorias: bosónicas ou fermiónicas", diz o físico Thomas Busch, do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST), no Japão. "Porque não existem outras?"
Há meio século, físicos teóricos concluíram que a estatística por detrás destas regras não é assim tão simples quando se elimina uma dimensão. O resultado é o 'anyão' – um terceiro grupo que não é nem bóson nem férmion e que surge em ambientes planos, a duas dimensões.
Desde então, as evidências experimentais da existência de anyões têm vindo a aumentar, com estudos laboratoriais a encontrarem novas formas de restringir partículas como os eletrões para forçar o aparecimento deste terceiro grupo.
Agora, físicos do OIST e da Universidade de Oklahoma, nos EUA, estudaram-nos numa única dimensão, descobrindo um nível totalmente novo de complexidade no comportamento dos anyões.
"Identificámos não só a possibilidade de existência de anyões unidimensionais", afirma Busch, "como também mostrámos de que forma a sua estatística de troca pode ser mapeada e, de forma entusiasmante, como a sua natureza pode ser observada através da sua distribuição de momento."
As partículas não conseguem contornar-se umas às outras quando estão confinadas a um espaço 1D, o que as obriga a interagir. Como as interações entre partículas são uma parte essencial da sua classificação, os espaços unidimensionais dão aos cientistas uma oportunidade de analisar as suas características.
Uma das diferenças centrais entre bósons e férmions é o quão 'sociais' eles são. Em termos muito simples, os bósons tendem a agrupar-se, enquanto os férmions não. No espaço extremamente limitado de uma dimensão, essa 'sociabilidade' torna-se ainda mais relevante.
No caso dos anyões, raciocinaram os investigadores, estas interações forçadas permitem classificá-los em anyões do tipo bosónico e do tipo fermiónico.
Também identificaram um fator nas interações dos anyões que controla até que ponto uma determinada partícula é mais bosónica ou mais fermiónica. Além disso, a equipa mostrou como a medição da distribuição dos momentos da partícula pode servir como uma forma viável de detetar a sua 'impressão digital'.
"Tal como os bósons e os férmions, os anyões bosónicos e os anyões fermiónicos têm diferentes estatísticas de troca de partículas", escrevem os investigadores num dos artigos publicados.
Nesta fase, os resultados são teóricos e ainda aguardam validação experimental. Ainda assim, mesmo apenas no plano teórico, estas conclusões reformulam a nossa forma mais fundamental de pensar sobre partículas e as suas interações.
"As configurações experimentais necessárias para fazer estas observações já existem", diz Busch. "Estamos entusiasmados para ver que futuras descobertas serão feitas nesta área e o que elas nos poderão revelar sobre a física fundamental do nosso Universo."
Há um interesse crescente na investigação que vai além da visão binária de bósons e férmions, conhecida de forma mais geral como paraestatística. Embora nem todos concordem que haja muito mais por descobrir, parte da matemática subjacente sugere que talvez ainda não tenhamos o quadro completo da física.
A investigação foi publicada na Physical Review A, aqui e aqui.
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