Uma nova evidência experimental de um comportamento coletivo de elanãtrons para formar "quasiparta­culas" chamadas "anyons" foi relatada por uma equipe de cientistas da Universidade Purdue.

Anyons tem caracteri­sticas não vistas em outraspartículas subatômicas , incluindo a exibição de carga fraciona¡ria e estata­sticas fraciona¡rias que mantem uma "memória" de suas interações com outras quasiparta­culas induzindomudanças de fase na meca¢nica qua¢ntica.

O associado de pesquisa de pa³s-doutorado James Nakamura, com assistaªncia dos membros do grupo de pesquisa Shuang Liang e Geoffrey Gardner, fez a descoberta enquanto trabalhava no laboratório do professor Michael Manfra. Manfra éum distinto professor de física e astronomia, Purdue's Bill e Dee O'Brien, professor titular de física e astronomia, professor de engenharia elanãtrica e da computação e professor de engenharia de materiais. Embora este trabalho possa vir a ser relevante para o desenvolvimento de um computador qua¢ntico, por enquanto, Manfra disse, deve ser considerado um passo importante na compreensão da física das quasipartículas

Um artigo de pesquisa sobre a descoberta foi publicado na Nature Physics desta semana .

O fa­sico tea³rico vencedor do Praªmio Nobel Frank Wilczek, professor de física do MIT, deu a essas quasiparta­culas o nome ira´nico de " anyon " devido ao seu estranho comportamento porque, ao contra¡rio de outros tipos departículas, elas podem adotar "qualquer" fase qua¢ntica quando posições são trocadas.

Antes da crescente evidência de anyons em 2020, os fa­sicos categorizaram aspartículas do mundo conhecido em dois grupos: fanãrmions e ba³sons. Os elanãtrons são um exemplo de fanãrmions, e os fa³tons, que formam as ondas de luz e ra¡dio, são ba³sons. Uma diferença caracterí­stica entre fanãrmions e ba³sons écomo aspartículas agem quando são enroladas, ou trana§adas, em torno umas das outras. Os fanãrmions respondem de uma maneira direta e os ba³sons de outra maneira direta e esperada.

Anyons respondem como se tivessem uma carga fraciona¡ria e, ainda mais interessante, criam uma mudança de fase não trivial enquanto se entrelaa§am. Isso pode dar aos anyons um tipo de "memória" de sua interação.

"Anyons são existem como excitações coletivas de elanãtrons em circunsta¢ncias especiais", disse Manfra. “Mas eles tem essas propriedades comprovadamente legais, incluindo carga fraciona¡ria e estata­sticas fraciona¡rias. a‰ engraçado, porque vocêpensa: 'Como eles podem ter menos carga do que a carga elementar de um elanãtron?' Mas eles fazem. "

Manfra disse que quando ba³sons ou fanãrmions são trocados, eles geram um fator de fase de mais um ou menos um, respectivamente.

"No caso de nossos a¢nions, a fase gerada pela trana§a era de 2Ï€ / 3", disse ele. "Isso édiferente do que foi visto na natureza antes."

Anyons exibem esse comportamento apenas como multidaµes coletivas de elanãtrons, onde muitos elanãtrons se comportam como um são em condições muito extremas e especa­ficas, de modo que não se acredita que sejam encontrados isolados na natureza, disse Nakamura.

"Normalmente, no mundo da física, pensamos empartículas fundamentais, como pra³tons e elanãtrons, e todas as coisas que compõem a tabela peria³dica", disse ele. "Mas estudamos a existaªncia de quasiparta­culas, que emergem de um mar de elanãtrons que são colocados em certas condições extremas ."

Como esse comportamento depende do número de vezes que aspartículas são trana§adas ou enlaa§adas em torno umas das outras, elas são mais robustas em suas propriedades do que outraspartículas qua¢nticas. Esta caracterí­stica éconsiderada topola³gica porque depende da geometria do sistema e pode eventualmente levar a estruturas anyon muito mais sofisticadas que poderiam ser usadas para construir computadores qua¢nticos topola³gicos esta¡veis.

A equipe foi capaz de demonstrar esse comportamento roteando os elanãtrons atravanãs de uma nanoestrutura gravada tipo labirinto especa­fica feita de arseneto de ga¡lio e arsenieto de ga¡lio e aluma­nio. Este dispositivo, chamado de interfera´metro, confinou os elanãtrons a se moverem em um caminho bidimensional. O dispositivo foi resfriado a um centanãsimo de grau do zero absoluto (10 milikelvin) e submetido a um poderoso campo magnético de 9 Tesla. A resistência elanãtrica do interfera´metro gerou um padrãode interferaªncia que os pesquisadores chamaram de "gra¡fico do pijama". Os saltos no padrãode interferaªncia eram a assinatura da presença de anyons.

"a‰ definitivamente uma das coisas mais complexas e complicadas a serem feitas na física experimental", disse Chetan Nayak, fa­sico tea³rico da Universidade da Califórnia em Santa Ba¡rbara a  Science News.

Nakamura disse que as instalações de Purdue criaram o ambiente para que essa descoberta acontecesse.

"Temos a tecnologia para cultivar o semicondutor de arseneto de ga¡lio necessa¡rio para realizar nosso sistema de elanãtrons. Temos as instalações de nanofabricação no Centro de Nanotecnologia Birck para fazer o interfera´metro, o dispositivo que usamos em nossos experimentos. No departamento de física, temos o capacidade de medir temperaturas ultrabaixas e de criar campos magnanãticos fortes. " ele disse. "Portanto, temos todos os componentes necessa¡rios que nos permitiram fazer essa descoberta aqui em Purdue. Isso éa³timo em fazer pesquisas aqui e por que fomos capazes de fazer esse progresso."

Manfra disse que o pra³ximo passo na fronteira de quasiparta­culas envolvera¡ a construção de interfera´metros mais complicados.

“Nos novos interfera´metros teremos a capacidade de controlar a localização e o número de quasiparta­culas na ca¢mara”, disse. "Então, seremos capazes de alterar o número de quasiparta­culas dentro do interfera´metro sob demanda e alterar o padrãode interferaªncia conforme nossa escolha."