uma equipe das Universidades de Cambridge e Birmingham demonstrou que os elétrons em fios estreitos pode se dividir em duas novas partículas chama­das spinons e holons.

O “se dividir” é meio que uma licença poética… O que realmente acontece é que em um fio excepcionalmente fino (chamado de “fio quântico”) os elétrons (que têm cargas EM iguais) se repelem mutuamente e criam o que, em física de matéria condensada, se chama de elétron-buraco: uma ausência de um elétron que funciona como se houvesse um posítron no espaço correspondente.

Em 1981 o físico Duncan Haldane conjeturou teoricamente que, nessas condi­ções de limitação de espaço e em temperaturas extremamente baixas, os elétrons iriam se comportar de maneira que seus campos elétrico e magnético assumisse a forma de duas partículas distintas que ele chamou de spinions (de “spin”) e holons (de “hole” = “buraco” em inglês).

O desafio consistia em criar um “fio quântico” que confinasse os elétrons, e tra­zer esse fio próximo o suficiente de um metal comum, de forma que os elétrons do metal pudessem realizar um “salto quântico” (por meio do “tunelamento quân­tico”) para dentro do fio. Observando como o ritmo de saltos varia em função de um campo magnético aplicado, a experiência pode revelar como o elétron, ao entrar no fio quântico, se “separa” em spinions e holons.

Isso foi feito mediante a colocação de um pente de fios acima de uma nuvem plana de elétrons em um metal. Assim, os físicos de Cambridge, Yodchay Jompol e Chris Ford, puderam ver distintamente as assinaturas das novas partículas, exatamente como os teóricos, Tim Silk e Andy Schofield, de Birmingham tinham previsto.

O Dr Chris Ford do Laboratório Cavendish da Univesidade de Cambridge des­creve:

“Tivemos que desenvolver uma nova tecnologia para fazer passar uma cor­rente entre um fio e uma folha [metálica] separadas por apenas 30 diâmetros atômicos.”

“As medições tiveram que ser realizadas em temperaturas extremamente baixas: cerca de um décimo de grau acima do zero absoluto.

“Os fios quânticos são largamente empregados para conectar ‘pontos’ quân­ticos, os quais podem vir a ser no futuro a base de um novo tipo de compu­tador – o chamado computador quântico. Assim, compreender suas proprie­dades pode ser importante para tais tecnologias quânticas, além de auxiliar no desenvolvimento de teorias mais completas sobre a super-condutividade e a condutividade nos sólidos em geral. Isto pode levar a uma nova revolução nos computadores”.

O Professor Andy
Schofield, da Escola de Física e Astronomia da Universidade de Birmingham, diz:

“O experimento para testar isso se baseia em uma ideia que eu e mais três co­le­­gas tivemos, fazem quase dez anos. Naquela época, a tecnologia neces­sária para realizar o teste ainda estava a anos de distância.”

“O notável nesta nova experiência não é somente a clareza com que se pode observar o spinion e o holon, o que confirma alguns estudos anteriores, mas que o spinion e o holon sejam visíveis bem além da região originalmente ima­gi­nada por Duncan Haldane”.

“Nossa capacidade em controlar o comportamento de um único elétron é a responsável pela revolução dos semicondutores que levou a computadores mais baratos, iPods e outros. Se vamos ser capazes de controlar essas novas partículas com o mesmo sucesso dos elétrons isolados, é algo ainda por se descobrir. O que isso revela é que espremer elétrons em um ambiente confi­nado faz emergir novas propriedades e até novas partículas”.

Notas:

1. O artigo original foi publicado em Science 10.1126/science.1171769 em  http://dx.doi.org/10.1126/science.1171769

2.
A experiência foi realizada no Laboratório Cavendish em Cambridge com o apoio teórico da Escola de Física e Astronomia da Universidade de Birmingham.