Mistério resolvido? Uma partícula demónio é encontrada após 70 anos

Em 2013, físicos encontraram o bosão de Higgs, uma partícula prevista em 1960 que recebeu o nome de partícula de Deus. O nome deve-se ao sucesso do Modelo Padrão, sendo o bosão de Higgs uma das primeiras observações a comprovar uma previsão teórica do Modelo Padrão.

Contudo, na Física, é possível encontrar os problemas que se chamam problemas do demónio. O mais conhecido entre eles é o demónio de Maxwell que é um problema termodinâmico. Na Física de partículas, o nome não ficou de fora quando David Pines previu uma partícula em 1956.

A partícula que recebeu o nome de demónio de Pines não é exatamente uma partícula no sentido da palavra. É uma quasipartícula que tem umas características interessantes. O resultado foi publicado na revista Nature.

As componentes do átomo

Podemos classificar de forma geral o átomo em três componentes principais: protões, neutrões e eletrões. Os protões e neutrões estão localizados no núcleo do átomo, sendo que o primeiro tem carga positiva e o segundo tem carga neutra.

Eletrões possuem uma massa pequena, mas é significativa o suficiente para que seja impossível alcançar a velocidade da luz, algo que só partículas sem massa conseguem, como os fotões.

Quasipartículas

Quando consideramos as partículas, como as componentes do átomo, estas possuem algumas propriedades como a própria massa e o spin. As partículas em si são descritas pelo Modelo Padrão e é possível obter as suas características como componentes e classificação.

Já as quasipartículas não são partículas de facto, mas sim excitações em sólidos que podem ser tratadas como partículas e não possuem massa. Importante lembrar que as partículas são excitações do próprio espaço, então tratar excitações em sólidos é tratar noutro meio.

O demónio de Pines

O físico teórico David Pines propôs a existência desta quasipartícula em 1956. A ideia era que eletrões poderiam comportar-se de uma forma diferente em sólidos. Poderia ocorrer uma excitação coletiva de eletrões que estivessem em níveis de energia diferentes e fora de fase.

Nesta combinação, seria possível obter uma quasipartícula que não tem massa, não teria carga e não interagiria com a luz, daí a dificuldade em ser observada. Pines chamou esta partícula de “demon” e ficou conhecida como demónio de Pines.

Alguns sugerem que o demónio de Pines teria uma função essencial em sólidos, principalmente em metais, sendo uma peça do quebra-cabeças na busca por supercondutores.

A descoberta

Investigadores americanos estavam a estudar um material chamado rutenato de estrôncio e os modos eletrónicos desse material. A investigação em si não tinha como objetivo a busca pelo "demon".

Ao analisarem os dados, encontraram uma excitação do material que seria equivalente à do "demon". Para confirmar, soltaram eletrões sobre o material, já que o "demon" não interagiria com a luz. Nos dados finais, perceberam que um dos “eletrões” não possuía massa, indicando a existência do "demon".

O artigo foi publicado pela revista Nature.