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Todas as partículas fundamentais do universo estão enquadradas num dos dois grupos chamados: fermiões e bosões. No entanto, um novo estudo descobriu que podem existir outras partículas que se julgavam como “impossíveis”.
Um grupo de partículas fundamentais – há muito teorizado mas considerado fisicamente impossível – poderá, afinal, existir.
As parapartículas não são uma ideia nova. No entanto, os físicos sempre as rejeitaram por não terem qualquer relevância para a realidade física.
O conceito tem a sua origem numa divisão entre as partículas fundamentais conhecidas, que são sempre classificadas como pertencendo a um de dois grupos: um fermião ou um bosão.
Como explica a New Scientist, a diferença reside no que acontece quando duas partículas do mesmo grupo trocam de lugar – a troca de bosões não altera a sua função de onda quântica, que é uma descrição matemática completa das suas propriedades. No entanto, a troca de dois fermiões, como, por exemplo, os eletrões torna a sua função de onda negativa.
Esta diferença, aparentemente simples, tem consequências físicas profundas, significando que um número infinito de bosões pode ocupar o mesmo espaço – o princípio pelo qual os lasers funcionam, onde muitos fotões podem acumular-se e criar densidades de energia extremamente elevadas.
Em contrapartida, os fermiões devem permanecer sempre separados no espaço, o que mantém as estrelas de neutrões estáveis.
Na década de 1950, o físico britânico Herbert Green apresentou um modelo mais complicado de troca de partículas, designado por paraestatística, em que a função de onda quântica pode ser alterada de outras formas, além de se tornar negativa.
Green mostrou que este facto implicava a possibilidade de existirem muitas novas classes de partículas, a que chamou parabosões e parafermiões.
Estas permitiriam a existência de apenas um certo número de partículas no mesmo estado, em vez de apenas uma ou infinitamente muitas.
Mas os físicos que examinaram a ideia mais de perto descobriram que estas parapartículas não funcionariam de forma detetável e diferente dos fermiões ou bosões, tornando a teoria aparentemente irrelevante. Acharam eles… mal.
Um volte-face “particular”
Agora, um estudo publicado esta quarta-feira na Nature, levado a cabo pelos investigadores Zhiyuan Wang e Kaden Hazzard, da Universidade de Rice, no Texas, descobriu que as parapartículas podem, afinal, detetáveis fisicamente.
“O nosso trabalho prova, pela primeira vez, que existe efetivamente algo para além dos fermiões e dos bosões”, enalteceu Wang, citado pela New Scientist.
Como detalha a mesma revista, a dupla começou por apresentar uma nova descrição matemática das parapartículas, que incluía regras mais rigorosas do que as definições anteriores, como a garantia de que a informação não poderia viajar mais depressa do que a luz. Depois, mostrou que havia sistemas quânticos específicos em que estas parapartículas deveriam emergir como vibrações e ser fisicamente detetáveis.
A observação destas partículas exigiria avanços na nossa capacidade de controlar os estados quânticos, que provavelmente ainda estão a muitos anos de distância.
Uma limitação do novo trabalho é que, até agora, a dupla apenas demonstrou que as parapartículas podem existir numa ou duas dimensões, embora nada exclua a sua existência em três.
Outro problema é que as parapartículas que Wang e Hazzard propõem são tecnicamente quasipartículas que, como o nome sugere, não são partículas fundamentais como os electrões ou os fotões, mas sim vibrações coletivas que atuam como se fossem uma partícula.
Wang e Hazzard também especulam que as parapartículas podem existir como partículas fundamentais porque a matemática não exclui essa possibilidade, mas não têm provas concretas que mostrem onde ou como podem aparecer.
Mas os investigadores esperam que, um dia, as parapartículas possam mesmo ser detetas e que esta descoberta tenha aplicações práticas.
