Partícula Invulgar Ganha ou Perde Massa Consoante a Direção do seu Movimento

Os cientistas descobriram acidentalmente uma partícula estranha que tem massa quando se move numa direção, mas não tem massa quando se move noutra. Depositphotos

Os cientistas descobriram acidentalmente uma partícula que tem massa quando se move numa direção, mas não tem massa quando viaja noutra. Conhecidas como férmions semi-Dirac, estas partículas com um comportamento peculiar foram teorizadas pela primeira vez há 16 anos.

Um novo fenómeno observado no material ZrSiS

Os investigadores descobriram o fenómeno num material semimetálico chamado ZrSiS, que consiste em zircónio, silício e enxofre, enquanto analisavam as propriedades das quasipartículas – fenómenos resultantes do comportamento coletivo de numerosas partículas dentro de um material sólido.

Isto foi completamente inesperado”, explicou Yinming Shao, principal autor do estudo. Não procurávamos férmions semi-Dirac quando começámos a trabalhar com este material, mas observámos sinais que não conseguíamos compreender – e descobrimos que fizemos a primeira observação destas quasipartículas peculiares que por vezes se comportam como se tivessem massa e outras vezes, como se não o fizessem.

O conceito pode parecer impossível – como é que algo pode ganhar e perder massa tão facilmente? Mas a explicação está na famosa equação de Einstein, E = mc², que descreve a relação entre a energia (E) e a massa (m), com a velocidade da luz (c) ao quadrado como uma constante.

O papel da relatividade restrita nas variações de massa

Segundo a teoria da relatividade restrita, nenhum objeto com massa pode atingir a velocidade da luz, pois exigiria uma quantidade infinita de energia. No entanto, o inverso também é verdadeiro: uma partícula sem massa que abranda abaixo da velocidade da luz ganha massa.

É precisamente isto que acontece com as quasipartículas observadas. Quando viajam ao longo de uma dimensão específica dentro dos cristais de ZrSiS, movem-se à velocidade da luz e, por isso, não têm massa. No entanto, ao tentarem viajar noutra direção, encontram resistência, abrandam e adquirem massa.

Imagine a partícula como um pequeno comboio confinado a uma rede de carris, representando a estrutura eletrónica do material, explicou Shao. Em certos pontos, os carris cruzam-se, e o nosso comboio de partículas, que se movia rapidamente no seu carril principal à velocidade da luz, atinge uma intersecção e deve mudar para um carril perpendicular. Neste momento, encontra resistência e ganha massa. Dependendo da direção do seu movimento, as partículas são pura energia ou possuem massa.

Principais previsões confirmadas em experiências

Inicialmente, os investigadores pretendiam estudar as interações quânticas no material, observando como os eletrões respondiam à luz. Durante a experiência, descobriram que os níveis de energia dos eletrões seguiam um padrão inesperado à medida que a força do campo magnético aumentava – uma previsão chave para os férmions semi-Dirac.

Embora esta investigação se aprofunde na física avançada, a equipa acredita que a descoberta pode levar a aplicações futuras do ZrSiS semelhantes às do grafeno.

É um material em camadas, o que significa que assim que descobrirmos como criar uma única camada deste composto, poderemos aproveitar o poder dos férmions semi-Dirac e controlar as suas propriedades com a mesma precisão que o grafeno, disse Shao. A parte mais entusiasmante desta experiência reside nos dados inexplicáveis, sublinharam os investigadores. Observamos muitos mistérios não resolvidos e estamos a concentrar-nos em compreendê-los.

Leia o Artigo Original: New Atlas

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