PARTÍCULA QUE SÓ TEM MASSA QUANDO SE MOVE EM UMA DIREÇÃO FOI OBSERVADA PELA PRIMEIRA VEZ NA HISTÓRIA

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Particle that only has mass when moving in one direction observed for first time

Pela primeira vez, cientistas observaram uma coleção de partículas, também conhecida como quasipartícula que não tem massa quando se move em uma direção, mas tem massa na outra direção.

A quasipartícula, chamada de férmion semi-Dirac,

foi teorizada pela primeira vez há 16 anos, mas só recentemente foi avistada dentro de um cristal de material semimetálico chamado ZrSiS.


Que é um material em camadas, muito parecido com o grafite, composto de camadas de átomos de carbono que podem ser esfoliadas em folhas de grafeno, com a espessura de um átomo.

A observação da quasipartícula abre a porta para avanços futuros em muitas tecnologias emergentes,

de baterias a sensores,

Dizem os pesquisadores.


A equipe, liderada por cientistas da Penn State e da Universidade de Columbia,

publicou recentemente sua descoberta na revista Physical Review X.



"Isso foi totalmente inesperado", "Nós nem estávamos procurando por um férmion semi-Dirac quando começamos a trabalhar com esse material, mas estávamos vendo assinaturas que não entendíamos — e acontece que fizemos a primeira observação dessas quasipartículas selvagens que às vezes se movem como se tivessem massa e às vezes se movem como se não tivessem nenhuma."

disse Yinming Shao,

professor assistente de física na Penn State e principal do artigo.


Uma partícula não pode ter massa quando sua energia é inteiramente derivada de seu movimento,

o que significa que é essencialmente energia pura viajando na velocidade da luz.

um fóton a partícula de luz, por exemplo, é considerado sem massa porque se move na velocidade da luz.

De acordo com a teoria da relatividade especial de Albert Einstein, qualquer coisa viajando na velocidade da luz não pode ter massa.


Em materiais sólidos , o comportamento coletivo de muitas partículas, também conhecidas como quasipartículas, pode ter um comportamento diferente do das partículas individuais, o que neste caso deu origem a partículas com massa em apenas uma direção, explicou Shao.



Os férmions semi-Dirac foram teorizados pela primeira vez em 2008 e 2009 por várias equipes de pesquisadores,

Os teóricos previram que poderia haver quasipartículas com propriedades de mudança de massa dependendo de sua direção de movimento — que elas pareceriam sem massa em uma direção, mas teriam massa ao se mover em outra direção.


Dezesseis anos depois, Shao e seus colaboradores acidentalmente observaram as quasipartículas hipotéticas por meio de um método chamado espectroscopia magneto-óptica.

A técnica envolve a incidência de luz infravermelha em um material enquanto ele é submetido a um forte campo magnético e a análise da luz refletida do material.

Shao e seus colegas queriam observar as propriedades das quasipartículas dentro de cristais prateados de ZrSiS.


A equipe conduziu seus experimentos no National High Magnetic Field Laboratory na Flórida. O ímã híbrido do laboratório cria o campo magnético sustentado mais poderoso do mundo, aproximadamente 900.000 vezes mais forte que o campo magnético da Terra.


O campo é tão forte que pode levitar pequenos objetos, como gotículas de água.


Os pesquisadores resfriaram um pedaço de ZrSiS pouco acima do zero absoluto, a temperatura mais baixa possível — e então o expuseram ao poderoso campo magnético do laboratório enquanto o atingiam com luz infravermelha para ver o que isso revelava sobre as interações quânticas dentro do material.


"Estávamos estudando a resposta óptica, como os elétrons dentro deste material respondem à luz, e então estudamos os sinais da luz para ver se há algo interessante sobre o material em si, sobre sua física subjacente", disse Shao.

"Neste caso, vimos muitas características que esperaríamos em um cristal semimetálico e então todas essas outras coisas acontecendo que eram absolutamente intrigantes."


Quando um campo magnético é aplicado a qualquer material, os níveis de energia dos elétrons dentro desse material se tornam quantizados em níveis discretos chamados níveis de Landau, explicou Shao.

Os níveis só podem ter valores fixos, como subir um conjunto de escadas sem pequenos degraus entre eles.

O espaçamento entre esses níveis depende da massa dos elétrons e da força do campo magnético, então, conforme o campo magnético aumenta, os níveis de energia dos elétrons devem aumentar em quantidades definidas com base inteiramente em sua massa — mas, neste caso, não aumentaram.


Usando o ímã de alta potência na Flórida, os pesquisadores observaram que a energia das transições de nível de Landau no cristal ZrSiS seguiu um padrão completamente diferente de dependência da força do campo magnético.

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