Físicos criam uma nova “partícula”: a gotícula quântica

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

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