Pesquisadores descobriram um novo tipo de parente de Higgs nos lugares mais improváveis: WebCuriosos

Às vezes, a descoberta de uma nova física exige níveis insanos de energia. Grandes máquinas. Equipamento sofisticado. Inúmeras horas examinando resmas de dados.

E às vezes a combinação certa de materiais pode abrir uma porta para reinos invisíveis em um espaço pouco maior que uma mesa.

Vejamos este novo tipo de relativo ao bóson de Higgs, por exemplo. Ele foi encontrado escondido em um pedaço de cristais de telúrio em camadas à temperatura ambiente. Ao contrário do seu primo famoso, também não foram necessários anos de destruição de partículas para o detectar. Apenas um uso inteligente de alguns lasers e um truque para desvendar as propriedades quânticas de seus fótons.

“Não é todo dia que você encontra uma nova partícula na sua mesa”, diz Kenneth Burch, físico do Boston College e principal coautor do estudo que anuncia a descoberta da partícula.

Burch e seus colegas avistaram o que é conhecido como modo axial de Higgs, uma oscilação quântica que tecnicamente se qualifica como um novo tipo de partícula.

Como tantas descobertas na física quântica, a observação de comportamentos quânticos teóricos em ação nos aproxima da descoberta de possíveis rachaduras no Modelo Padrão e até nos ajuda a aprimorar a solução de alguns dos grandes mistérios restantes.

“A detecção do Higgs axial foi prevista na física de partículas de alta energia para explicar a matéria escura,” diz Burch.

“No entanto, nunca foi observado. O seu aparecimento num sistema de matéria condensada foi completamente surpreendente e anuncia a descoberta de um novo estado de simetria quebrada que não tinha sido previsto.”

Já se passaram 10 anos desde O bóson de Higgs foi formalmente identificado em meio à carnificina de colisões de partículas por pesquisadores do CERN. Isto não só encerrou a busca pela partícula, mas também fechou vagamente a caixa final do Modelo Padrão – o zoológico de partículas fundamentais que constituem o complemento de tijolos e argamassa da natureza.

Com a descoberta do campo de Higgs, pudemos, finalmente, confirmar a nossa compreensão de como os componentes do modelo ganharam massa em repouso. Foi uma grande vitória para a física, que ainda usamos para compreender a mecânica interna da matéria.

Embora qualquer partícula de Higgs exista apenas por uma fração de segundo, ela é uma partícula no verdadeiro sentido da palavra, piscando brevemente para a realidade como uma excitação discreta em um campo quântico.

Existem, no entanto, outras circunstâncias em que as partículas podem conferir massa. Uma quebra no comportamento coletivo de uma onda de elétrons chamada onda de densidade de carga, por exemplo, resolveria o problema.

Esta versão do Higgs do “monstro de Frankenstein”, chamada de Modo Higgstambém pode aparecer com características que não são vistas em seu primo menos patchwork, como um grau finito de momento angular (ou spin).

Um modo spin-1 ou axial de Higgs não apenas faz um trabalho semelhante ao bóson de Higgs em circunstâncias muito específicas, mas (e quasipartículas como ele) poderia fornecer bases interessantes para o estudo da massa sombria da matéria escura.

Como uma quasipartícula, o modo axial de Higgs só pode ser visto emergindo dos comportamentos coletivos de uma multidão. Identificá-lo requer conhecer sua assinatura em meio a uma onda de ondas quânticas e, em seguida, encontrar uma maneira de retirá-lo do caos.

Ao enviar feixes de luz perfeitamente coerentes de dois lasers através desse material e depois observar padrões reveladores no seu alinhamento, Burch e a sua equipa descobriram o eco de um modo axial de Higgs em camadas de tritelureto de terras raras.

“Ao contrário das condições extremas normalmente necessárias para observar novas partículas, isto foi feito à temperatura ambiente numa experiência de mesa onde conseguimos o controlo quântico do modo apenas alterando a polarização da luz,” diz Burch.

É possível que existam muitas outras partículas emergindo do emaranhado de partes do corpo que constituem materiais quânticos exóticos. Ter um meio de vislumbrar facilmente sua sombra à luz de um laser poderia revelar toda uma ladainha de nova física.

Esta pesquisa foi publicada em Natureza.