Desde os primórdios da mecânica quântica, os cientistas pensam que todas as partículas podem ser classificadas em um de dois grupos: bósons ou férmions, com base no seu comportamento.
No entanto, uma nova pesquisa do professor Kaden Hazzard e do ex-aluno de pós-graduação da Rice, Zhiyuan Wang, mostra a possibilidade de partículas que não são bósons nem férmions. Seu estudo foi publicado na Nature .
“Determinamos que novos tipos de partículas que nunca conhecemos antes são possíveis ”, disse Hazzard, professor associado de física e astronomia.
A mecânica quântica há muito sustenta que todas as partículas observáveis são férmions ou bósons. Esses dois tipos de partículas se distinguem pela forma como se comportam quando estão próximos um do outro em um determinado estado quântico.
Teoria quântica
Esse comportamento é a origem de toda a estrutura da tabela periódica , observou Hazzard. É também a razão pela qual não passamos pela cadeira quando nos sentamos .
Nas décadas de 1930 e 1940, os pesquisadores tentaram entender se poderiam existir outros tipos de partículas. Em 1953, uma teoria quântica concreta de parapartículas foi formulada e estudada pela comunidade de físicos. No entanto, em 1970, estudos matemáticos pareciam mostrar que as chamadas parapartículas eram, na verdade, bósons ou férmions disfarçados. A única exceção foi a existência dos ânions, um tipo exótico de partícula que existe apenas em duas dimensões.
Matéria condensada
No entanto, as teorias matemáticas da década de 1970 e posteriores basearam-se em suposições que nem sempre são verdadeiras em sistemas físicos. Usando uma solução para a equação de Yang-Baxter, que é útil para descrever a troca de partículas, juntamente com a teoria de grupos e outras ferramentas matemáticas, Hazzard e Wang começaram a trabalhar para mostrar que as parapartículas poderiam teoricamente existir e ser compatíveis com as limitações conhecidas da física.
Os investigadores concentraram-se nos excitons, que podem ser considerados partículas, em sistemas de matéria condensada, como os ímanes, para fornecer um exemplo concreto de como as parapartículas podem surgir na natureza.
Esta é uma pesquisa interdisciplinar que envolve diversas áreas da física teórica e da matemática , disse Wang.
Usando matemática avançada, teoria da representação, bem como um método pictórico baseado em diagramas de rede tensorial para melhor lidar com as equações, Hazzard e Wang realizaram cálculos algébricos abstratos para desenvolver modelos de sistemas de matéria condensada onde surgem parapartículas.
Eles mostraram que, diferentemente dos férmions ou dos bósons, as parapartículas se comportam de maneira estranha quando trocam de posição com os estados internos das partículas que são transmutadas durante o processo.
Embora inovadores por si só, estes modelos são o primeiro passo para uma melhor compreensão de muitos novos fenómenos físicos.
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