Mistério resolvido? Uma partícula demônio é encontrada depois de 70 anos

Em 2013, físicos encontraram o bóson de Higgs, uma partícula prevista em 1960 que levou o nome de partícula de Deus. O nome se deve ao sucesso do Modelo Padrão, sendo o bóson de Higgs uma das primeiras observações comprovando uma previsão teórica do Modelo Padrão.

Porém, na Física, é possível encontrar os problemas chamados problemas do demônio. O mais conhecido entre eles é o demônio 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 demônio de Pines não é exatamente uma partícula nesse 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: prótons, nêutrons e elétrons. Os prótons e nêutrons estão localizados no núcleo do átomo sendo o primeiro com carga positiva e o segundo com carta nêutron.

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

Quasipartículas

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

Já as quasipartículas não são partículas de fato, elas são 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 em outro meio.

O demônio de Pines

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

Nessa combinação, seria possível obter uma quasipartícula que não tem massa, não teria carga e não interagiria com a luz, por isso a dificuldade em se observar. Pines chamou essa partícula de “demon” e ficou conhecida como demônio de Pines.

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

A descoberta

Pesquisadores americanos estavam estudando um material chamado rutenato de estrôncio e estudando os modos eletrônicos desse material. A pesquisa em si não tinha como objetivo a buscar pelo demon.

Ao analisar os dados, encontraram uma excitação do material que seria equivalente ao do demon. Para confirmar, eles soltaram atiraram elétrons sobre o material, já que o demon não interagiria com a luz. Nos dados finais, perceberam que um dos “elétrons” não possuia massa, indicando a existência do demon.

O artigo foi publicado pela revista Nature.