Cientistas detectam nova partícula subatômica em um material ‘semimetal’.
Artigo traduzido de Society for Science. Autor: Andrew Grant.
Uma partícula subatômica que foi prevista antes da descoberta de Plutão, há 85 anos, finalmente foi flagrada na Terra. Conhecidos como férmions de Weyl, eles são como os elétrons. Mas ao contrário dos elétrons, eles não têm massa. Os físicos os descobriram dentro de um material feito de tantalum e arsênico. Estes férmions percorrem o material de maneiras estranhas e interessantes.
“É definitivamente uma grande coisa”, diz Leon Balents. Ele é um teórico da matéria condensada da Universidade da Califórnia, em Santa Barbara.
Os pesquisadores relataram a sua nova descoberta em 16 de julho na revista Science.
O material é chamado de arsenieto de tantalum. O comportamento das partículas recém descobertas dá características de metal ao material. Chamado de “semimetal”, ele compartilha recursos com materiais como o grafeno, que é uma folha de carbono que tem apenas um átomo de espessura. Essa nova estrutura dá características superfortes incomuns ao grafeno que têm animado pesquisadores ao longo da última década ou mais. “Há uma série de razões para se interessar por esses materiais”, observa Balents, que não estava envolvido com a nova descoberta do férmion.
Alguns cientistas pensam que, como o grafeno, o arsenieto de tantalum pode mudar o futuro da eletrônica. Ele poderia fazer com que os dispositivos usem uma corrente elétrica de movimento rápido para desviar facilmente de qualquer colisão ou queda em seu caminho. Os físicos também podem usar arsenieto de tantalum para aprender mais sobre os férmions de Weyl. Estas partículas ficam presas no interior do material. Mas alguns físicos suspeitam que pode também existir férmions de Weyl de livre flutuação.
Os férmions compõem uma família de partículas subatômicas que inclui elétrons, neutrinos e muito mais. Até agora, todos os férmions conhecidos obedecem as regras estabelecidas pelo físico Inglês Paul Dirac em 1928. Mas, logo após essa data, os cientistas propuseram mais dois tipos de férmions. Um deles foi nomeado pelo matemático e físico alemão Hermann Weyl. O que o torna especial: o férmion de Weyl não teria massa.
Os físicos tinham sugerido que os elétrons interagindo em determinados materiais criariam ondas de energia. Estas ondas deveriam agir exatamente como férmions de Weyl agiriam no espaço.
No início deste ano, com isso em mente, Su-Yang Xu, Zahid Hasan e seus colegas propuseram que o arsenieto de tantalum poderia segurar férmions de Weyl. Xu e Hasan são físicos da matéria condensada que trabalham na Universidade de Princeton, em Nova Jersey. Esses pesquisadores dispararam um feixe de raios-X de alta energia para olhar dentro dos cristais de arsenieto de tantalum. Em seguida, eles estudaram as energias e os movimento de seus elétrons. E viram a assinatura de partículas sem massa. Pareciam ser os férmions de Weyl.
“Eu estou meio que maravilhado por alguém ter conseguido realmente ver essas coisas experimentalmente tão rápido”, diz Balents.
O arsenieto de tantalum é o primeiro “semimetal de Weyl” que os cientistas descobriram. Em alguns aspectos, tal semimetal é semelhante ao “isolantes topológicos”. Esses materiais relativamente recém descobertos não conduzem bem a eletricidade no interior, mas permitem que os elétrons percorram sua superfície. O arsenieto de tantalum não tem o mesmo tipo de interior. Mas ele tem “auto-estradas de alta velocidade” para os elétrons em sua superfície.
A nova reviravolta com o semimetal de Weyl, Xu diz, é que seus elétrons da superfície não correm em uma pista fechada. Em vez disso, eles se movem de um lado para o outro. Em seguida, eles desaparecem no material e reaparecem do lado de fora na superfície oposta.
Os semimetais de Weyl também são semelhantes ao grafeno, diz Balents. Ambos os materiais permitem que os elétrons os percorram em velocidades extremas e agirem como se não tivessem massa. Todas essas características fazem dos semimetais de Weyl uma possibilidade empolgante para futuros eletrônicos, diz Hasan.
Agora que os físicos descobriram dois dos três tipos de férmions, Xu diz que a descoberta do terceiro tipo ainda indescritível – os chamados férmions de Majorana – podem estar logo virando a esquina. Nos últimos anos, os físicos têm visto indícios deles. Mas eles ainda carecem de prova. Xu diz que os semimetais de Weyl pode ser um bom lugar para encontrar não só os férmions de Weyl, mas também as partículas de Majorana.
