Uma nova pesquisa da Universidade Rice, nos Estados Unidos, desafia a classificação tradicional de partículas da mecânica quântica, que há tempos as divide em apenas dois tipos distintos: férmions e bósons. Através de uma abordagem matemática inovadora, físicos teóricos propõem a possibilidade de um terceiro tipo de partícula, denominado parapartícula.
De acordo com Kaden Hazzard, um dos autores do estudo, a pesquisa indica que “novos tipos de partículas, que desconhecíamos até então, são possíveis“. A teoria formulada por Hazzard e seu coautor, Zhiyuan Wang, demonstra que objetos que não se encaixam nas categorias de fermions ou bosons podem existir na realidade física, sem violar as leis conhecidas.
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Férmions e bósons: Os blocos de construção da matéria e forças da natureza
Os férmions são partículas fundamentais que formam os átomos, como elétrons e quarks. Uma de suas principais características é a obediência ao princípio de exclusão de Pauli, que impede que duas partículas idênticas ocupem o mesmo estado quântico. “Esse comportamento é responsável por toda a estrutura da tabela periódica”, explica Hazzard, “e também por você não atravessar sua cadeira ao se sentar”.
Já os bósons, como fótons e glúons, são considerados os portadores de força. Eles mediam interações entre férmions, gerando uma variedade de fenômenos, desde a formação de prótons até a existência de planetas. Diferentemente dos férmions, bósons podem coexistir no mesmo estado quântico, como se fossem fantasmas atravessando paredes.
A exceção dos ânions e a parastatística
Existe uma exceção a essa rígida regra de segregação de estados quânticos. Em materiais bidimensionais, o comportamento de partículas pode violar as leis estatísticas esperadas para fermions e bosons. São os ânions, entidades que podem trocar seus estados quânticos de forma única. Contudo, essa peculiaridade não se estende ao espaço tridimensional do universo, o que torna improvável que ânions correspondam a alguma partícula fundamental ainda não descoberta.
Apesar disso, físicos teóricos têm explorado descrições quânticas de partículas hipotéticas através da parastatística, um campo que investiga se fermions e bosons são realmente os únicos tipos de partículas existentes. Até agora, a parastatística não encontrou nada que não se encaixasse nas caixas de fermions ou bosons.
Paraparticulas: Uma nova perspectiva quântica
Wang e Hazzard acreditam ter encontrado uma razão para discordar. Ao introduzir uma segunda etapa de quantização, distinta de métodos anteriores, eles mostraram que o comportamento coletivo em materiais pode dar origem a partículas com características semelhantes às dos ânions, mesmo em um universo tridimensional. Embora não seja uma descoberta direta de uma nova classe de partículas, o estudo indica que a possibilidade de sua existência não deve ser descartada.
“Para realizar parapartículas em experimentos, precisamos de propostas teóricas mais realistas”, ressalta Wang. O estudo, publicado na revista Nature, apresenta uma nova perspectiva na física quântica, que poderia levar a uma compreensão mais completa das partículas e da natureza fundamental da realidade.
Dado que o Modelo Padrão da física quântica não engloba a relatividade geral, a matéria escura ou a energia escura, ter planos para expansão de conhecimento na área é uma empreitada valiosa.
A pesquisa da Universidade Rice, nos Estados Unidos, propõe uma nova perspectiva sobre as partículas, como já vimos em Físicos descobrem partícula com massa apenas em movimento unidirecional, o que pode gerar avanços significativos para a ciência. Outro estudo sobre o tema é o de Físicos quânticos descobrem evidências de ‘tempo negativo’ em experimentos, que mostra a complexidade das partículas.
