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Experiência revela novo estado da matéria (que quebra a simetria de inversão do tempo)

Cientistas encontraram a primeira evidência experimental de um efeito quadruplicador na condensação de eletrões e o mecanismo pelo qual este estado da matéria ocorre.

Segundo o SciTechDaily, o princípio central da supercondutividade determina que os eletrões formam pares. Mas podem também condensar-se em quartetos? Um novo estudo sugere que sim e já há provas experimentais deste efeito.

Egor Babaev, do KTH Royal Institute of Technology, e a sua equipa apresentaram provas de que o fermião quadruplica numa série de medições experimentais sobre o material à base de ferro Ba1-xKxFe2As2. Estes resultados surgem quase 20 anos depois de Babaev ter previsto pela primeira vez este tipo de fenómeno, e oito anos depois de ter publicado um artigo que previa o que poderia acontecer no material.

O emparelhamento eletrónico permite o estado quântico de supercondutividade, um estado de resistência zero utilizado em scanners de ressonância magnética e computação quântica. Ocorre dentro de um material e é o resultado de dois eletrões ligados um ao outro.

Os chamados pares Cooper são “opostos que atraem”. Normalmente, dois eletrões, que são partículas subatómicas carregadas negativamente, repelir-se-iam fortemente um ao outro. Contudo, a baixas temperaturas num cristal, ligam-se livremente em pares, dando origem a uma robusta ordem de longo alcance.

As correntes dos pares de eletrões já não estão dispersas e um condutor pode perder toda a resistência elétrica, tornando-se um novo estado da matéria: um supercondutor.

Só nos últimos anos é que a ideia teórica dos condensados de quatro fermiões se tornou amplamente aceite. Para que ocorra um estado de quatro fermiões, tem de haver algo que previna a condensação dos pares e impeça o seu fluxo não controlado, ao mesmo tempo que permite a condensação de compostos de quatro eletrões.

A teoria Bardeen-Cooper-Schrieffer não permitiu tal comportamento. Mas quando Vadim Grinenko, colaborador de Babaev na Technische Universtät Dresden, encontrou os primeiros sinais de uma condensação quádrupla de fermiões, desafiou o entendimento científico.

Depois de três anos intensos de investigação em laboratórios, os cientistas chegaram à conclusão de que a chave entre as observações feitas é que os condensados fermiónicos quádruplos quebram espontaneamente a simetria de inversão do tempo.

Na Física, a simetria de inversão do tempo é uma operação matemática de substituição da expressão do tempo pela sua negativa em fórmulas ou equações, de modo a descreverem um acontecimento em que o tempo corre para trás ou em que todos os movimentos são invertidos.

Se se inverter a direção do tempo, as leis fundamentais da Física mantêm-se. O mesmo se aplica para supercondutores: se a seta do tempo for invertida, um supercondutor ainda estaria no mesmo estado supercondutor.

No entanto, no caso de um condensado de quatro fermiões, a inversão do tempo coloca-o num estado diferente. Para compreender este estado, serão necessários muitos anos de investigação.

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O artigo científico foi publicado este mês na Nature Physics.

  ZAP //

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