Físicos criam uma nova “partícula”: a gotícula quântica
Cientistas criaram os dropletons, grupos de átomos e “buracos” que se comportam como uma única partícula. Imagem: Brad Baxley
Uma equipe internacional de físicos conseguiu o feito de criar uma nova “partícula”. O
dropleton, ou
gotícula quântica, é um grande conjunto de
elétrons (
eletrões) e cargas positivas denominadas
buracos
(ou lacunas, um termo menos usual). Assim como outras quasipartículas —
fenômenos nos quais um sistema microscópico complexo, como um sólido,
se comporta como se contivesse partículas fictícias fracamente
interagentes —, os dropletons agem como partículas únicas.
Superando esforços prévios, que haviam gerado poucos grupos de pares
de elétrons e buracos, o aglomerado produzido pelos cientistas das
universidades de Marburgo, na Alemanha, e Colorado, nos Estados Unidos,
foi o maior já criado, possuindo 200 nanômetros de comprimento, cerca de
um quinquagésimo da espessura de uma fibra de algodão, de acordo com
dissertação publicada no periódico
Nature.
O tamanho do aglomerado permite que ele se comporte como um líquido, formando o dropleton (a palavra
droplet,
em inglês, significa gotícula), que age conforme as leis da física
quântica. Na prática, isto significa que os cientistas podem utilizar
estas partículas para estudar a interação entre a luz e a matéria,
processo também governado pelas referidas leis. Ademais, por serem tão
extensos, os dropletons podem nos ajudar a compreender as fronteiras
entre o mundo quântico — que envolve eventos muito pequenos — e o mundo
da física clássica.
O procedimento
O professor de física da Universidade de Marburgo
Dr. Mackillo Kira e seus pares do
Joint Institute for Laboratory Astrophysics,
instituição que integra a Universidade do Colorado, dispararam impulsos
de um laser muito poderoso contra um bloco de arsenieto de gálio
(fórmula molecular GaAs), material comumente usado na fabricação de LEDs
vermelhos. Quando a luz proveniente do laser atingiu o arsenieto de
gálio, os átomos deste liberaram ou excitaram elétrons, que passaram a
se mover pela substância como um gás, ou plasma.
No momento em que os elétrons (partículas de carga negativa) foram
excitados pela energia dos fótons provenientes do laser, ou seja,
mudaram de posição nas órbitas dos átomos, deixaram para trás regiões de
carga positiva, os buracos que, combinados com os elétrons, geram os
dropletons.
De acordo com Kira, é este processo o que dá mais eficiência ao
trabalho dos semicondutores (materiais empregados na condução de
eletricidade), graças à maneira como os elétrons deles estão arranjados,
que facilita a excitação dos mesmos.
Sendo o dropleton uma partícula que contém muitos elétrons, ela pode
agir como um único elétron ampliado, propriedade que permitiria aos
cientistas a manipulação do tamanho de um elétrons para fins
experimentais: “Isto nos permite construir (…) [uma] massa para um
elétron, ao invés da constante universal mensurada no vácuo”, diz Kira.
Os opostos se atraem
Por terem cargas opostas, elétrons e buracos tendem a formar pares chamados
excítons (
excitões).
Ocorre que os excítons do experimento eram muito mais energéticos,
sendo capazes de formar aglomerações, como se fossem gotículas que se
unem. Esta é a linha divisória entre os excítons e o dropletons.
As novas partículas não duram muito, no entanto — apenas 25
picossegundos, ou um trilionésimo de segundo —, tempo consideravelmente
longo para um evento quântico.
O Dr. Kira ressalta que os fótons que excitam os elétrons e, por fim,
levam à formação dos dropletons, permanecem unidos aos pares de
excítons. Este feito sugere que seja possível estudar tal interação
entre luz e matéria. Além disso, as descobertas podem ser aplicadas no
desenvolvimento de aparelhos e materiais de comunicação baseados nos
estados quânticos (qualquer estado possível em que um sistema mecânico
quântico possa se encontrar em um determinado momento). Em tais
materiais, os estados quânticos serviriam como depósitos de dados
semelhantes aos bits de informação.
“A compreensão física básica obtida a partir desses estudos pode
aprimorar nossa habilidade de projetar aparelhos optoeletrônicos
racionalmente”, como equipamentos de comunicação de fibra óptica, afirma
o pesquisador.
Fonte:
LiveScience