{"id":6879,"date":"2014-10-14T16:00:18","date_gmt":"2014-10-14T19:00:18","guid":{"rendered":"http:\/\/scienceblogs.com.br\/hypercubic\/?p=6879"},"modified":"2014-10-14T16:00:18","modified_gmt":"2014-10-14T19:00:18","slug":"fim-de-um-mistrio-majorana-ou-nao","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/hypercubic\/2014\/10\/fim-de-um-mistrio-majorana-ou-nao\/","title":{"rendered":"Fim de um Mist\u00e9rio: Majorana (ou n\u00e3o)"},"content":{"rendered":"

Ser ou n\u00e3o ser, ligado ou desligado, zero ou um, part\u00edcula ou onda. O mundo est\u00e1 cheio de alternativas mutuamente excludentes. Mas h\u00e1 tamb\u00e9m muito entre esses extremos. Muita ambiguidade, indefini\u00e7\u00e3o: ondas que s\u00e3o part\u00edculas e podem estar ligadas e desligadas, sendo e\/ou n\u00e3o sendo. Enquanto na escala cosmol\u00f3gica, temos os quasares (objetos quase estelares), na escala subat\u00f4mica encontramos as quasipart\u00edculas<\/a>. E nenhuma quasipart\u00edcula \u00e9 t\u00e3o quase e t\u00e3o amb\u00edgua quanto o F\u00e9rmion de Majorana. Nem quase t\u00e3o f\u00e1cil de encontrar.<\/p>\n

Quando se fala na descoberta ou observa\u00e7\u00e3o de part\u00edculas ex\u00f3ticas (ou quasipart\u00edculas), \u00e9 de se esperar o envolvimento de aceleradores de part\u00edculas gigantes, a colabora\u00e7\u00e3o de in\u00fameros cientistas e or\u00e7amentos bilion\u00e1rios. Quando se fala em part\u00edculas de mat\u00e9ria e antimat\u00e9ria, pensamos em aniquila\u00e7\u00e3o completa e imediata. Nada disso vale para o F\u00e9rmion de Majorana, uma das criaturas mais bizarras do zool\u00f3gico subat\u00f4mico, rec\u00e9m-encontrada, debaixo de um microsc\u00f3pio, escondidinha na ponta de um fio de ferro.<\/p>\n

\"http:\/\/scienceblogs.com.br\/hypercubic\/files\/2014\/10\/200px-Ettore_Majorana.jpg\"
Ettore Majorana: sumiu sem deixar rastros. Exceto por uma quasipart\u00edcula que leva seu nome. [Imagem: wikimedia]<\/figcaption><\/figure>\n

Proposto em 1937 pelo f\u00edsico italiano Ettore Majorana [1906-1938?]<\/a>, esse f\u00e9rmion tem a incr\u00edvel propriedade de ser mat\u00e9ria e antimat\u00e9ria. Ao mesmo tempo. De maneira surpreendentemente est\u00e1vel. Um pouco como no n\u00eautron, o f\u00e9rmion de Majorana combina as propriedades opostas de mat\u00e9ria e antimat\u00e9ria de maneira n\u00e3o-destrutiva. Como a part\u00edcula que prop\u00f4s, o pr\u00f3prio Majorana sumiu misteriosamente numa viagem de barco entre Palermo e N\u00e1poles em 1938, dando-nos o duplo mist\u00e9rio sobre o paradeiro do descobridor e sua descoberta. O sumi\u00e7o do homem Majorana ainda n\u00e3o foi resolvido (h\u00e1 h\u00edp\u00f3teses de assassinato, suic\u00eddio, retirada para um mosteiro ou fuga para a Argentina). A part\u00edcula acaba de ser encontrada.<\/p>\n

Sendo neutro, o f\u00e9rmion de Majorana interage muito fracamente com o ambiente. Aliado ao desaparecimento de seu propositor, isso desestimulou as pesquisas por d\u00e9cadas. Foi somente em 2000 que o f\u00edsico russo-americano Alexei Kitaev demonstrou que, sob as condi\u00e7\u00f5es corretas, um F\u00e9rmion de Majorana poderia se formar na ponta de um nanocabo supercondutor.<\/p>\n

Fen\u00f4meno em que um material pode conduzir eletricidade sem qualquer resist\u00eancia, a supercondutividade ainda \u00e9 incomum. Mas j\u00e1 \u00e9 bastante conhecida e muito mais f\u00e1cil de ser usada em laborat\u00f3rio do que um supercolisor bilion\u00e1rio como o LHC. Pelas previs\u00f5es de Kitaev, a indu\u00e7\u00e3o de certas formas de supercondutividade causaria a forma\u00e7\u00e3o de Majoranas est\u00e1veis e que n\u00e3o se aniquilam por n\u00e3o estarem em contato pr\u00f3ximo (mas podem se aniquilar se o nanocabo for min\u00fasculo demais).<\/p>\n

Mas pra que serve uma Majorana? Sendo t\u00e3o amb\u00edgua, essa quasipart\u00edcula pode ter diversas propriedades te\u00f3ricas e aplica\u00e7\u00f5es pr\u00e1ticas. Uma part\u00edcula parecida com a Majorana \u00e9 o neutrino, que tamb\u00e9m interage muito fracamente com o ambiente e \u00e9 dif\u00edcil de detectar. Por isso, o neutrino poderia ser um tipo de Majorana \u2014 sendo o neutrino e o antineutrino a mesma e \u00fanica part\u00edcula. Majoranas tamb\u00e9m podem ser boas candidatas para part\u00edculas de mat\u00e9ria escura, a misteriosa subst\u00e2ncia que permeia a maior parte do universo e que ainda n\u00e3o foi observada porque tamb\u00e9m n\u00e3o interage diretamente com outras part\u00edculas.<\/p>\n

Em seu estudo de 2000, Kitaev tamb\u00e9m indicava um bom uso pr\u00e1tico para a Majorana: computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica. Nesse tipo de computa\u00e7\u00e3o, os el\u00e9trons podem ser usados para representar n\u00e3o apenas zeros e uns mas tamb\u00e9m o estado qu\u00e2ntico de superposi\u00e7\u00e3o – quando uma part\u00edcula poderia ser zero e um. As oportunidades s\u00e3o vastas para a solu\u00e7\u00e3o de muitos problemas incalcul\u00e1veis pela computa\u00e7\u00e3o tradicional. O problema \u00e9 que o el\u00e9tron n\u00e3o \u00e9 est\u00e1vel para computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica. N\u00e3o serve como part\u00edcula mediadora (ou qubit). Agora a Majorana pode ser a pe\u00e7a que faltava para os computadores qu\u00e2nticos.<\/p>\n

A busca pela Majorana foi retomada em 2012, quando uma equipe de pesquisa da Delft University of Technology encontrou ind\u00edcios de F\u00e9rmions de Majorana num experimento de supercondutividade que envolvia um semicondutor chamado Antimoneto de \u00edndio (InSb)<\/a>. A recep\u00e7\u00e3o foi c\u00e9tica, j\u00e1 que outros fen\u00f4menos poderia explicar o achado.<\/p>\n

\"Ali
Ali Yazdani: encontrar Majorana foi mais simples do que o esperado. A part\u00edcula, quer dizer. [Imagem: Brian Wilson\/Princeton University]<\/figcaption><\/figure>\n

Mas o professor Ali Yazdani, da Universidade Princeton, achou que podia haver algo mais ali. Em 2013, Yazdani e Andrei Bernevig \u2014 professor-associado de F\u00edsica em Princeton \u2014 propuseram uma nova abordagem para observar a part\u00edcula Majorana em materiais que combinam magnetismo e supercondutividade. A observa\u00e7\u00e3o seria feita diretamente, usando um microsc\u00f3pio de corrente de tunelamento<\/a>.<\/p>\n

Yazdani e Bernevig receberam financiamentos do Princeton Center for Complex Materials, da National Science Foundation e US$3 milh\u00f5es de d\u00f3lares do Office of Naval Research. Tamb\u00e9m colaboraram cientistas da University of Texas-Austin.<\/p>\n

Para capturar uma part\u00edcula, \u00e9 preciso ter uma armadilha. A armadilha de Yazdani e Bernevig tem como base um cristal ultrapuro de chumbo, no qual os \u00e1tomos se alinham alternadamente, deixando ranhuras de espessura at\u00f4mica na superf\u00edcie. Depois, numa dessas ranhuras, os pesquisadores montaram um fio de ferro. O que talvez seja o menor fio de ferro do mundo, com apenas um \u00e1tomo de largura e tr\u00eas de espessura.<\/p>\n

Em seguida, esse fio de ferro apoiado em base de chumbo foi colocado diretamente sob o microsc\u00f3pio de tunelamento e tudo foi resfriado at\u00e9 -272\u00baC, um grau acima do zero absoluto. Mas isso foi s\u00f3 o come\u00e7o: nos dois anos seguintes, Yazdani et. al.<\/em> tiveram que regular as condi\u00e7\u00f5es de supercondutividade e magnetismo at\u00e9 as ideais.<\/p>\n

O setup do microsc\u00f3pio permitia n\u00e3o apenas a detec\u00e7\u00e3o do sinal eletricamente neutro que se esperava, mas a visualiza\u00e7\u00e3o direta de como o sinal muda ao longo do cabo, permitindo-se at\u00e9 ver a probabilidade qu\u00e2ntica de encontrar o F\u00e9rmion de Majorana ao longo do nanofio de ferro.<\/p>\n

\"Part\u00edcula
Em azul escuro, a base de chumbo cristalino e suas ranhuras. Em relevo, o fio de ferro monoat\u00f4mico montado numa ranhura. No detalhe, a observa\u00e7\u00e3o que faltava: a part\u00edcula Majorana bem na ponta do fio. [Imagem: Yazdani Lab, Princeton University]<\/figcaption><\/figure>\n

Em declara\u00e7\u00e3o ao Phys.org<\/em><\/a> sobre o resultado das observa\u00e7\u00f5es rec\u00e9m-realizadas, Yazdani afirma que elas mostram que \u201co sinal vive apenas na extremidade [do fio]. Essa \u00e9 a assinatura-chave. Se n\u00e3o se tem isso, ent\u00e3o o sinal pode existir por muitas outras raz\u00f5es.\u201d Bernevig complementa: \u201cContanto que voc\u00ea tenha um forte material magn\u00e9tico – como ferro, mas poderia ser outros magnetos – nos quais os el\u00e9trons est\u00e3o magneticamente polarizados, os par\u00e2metros nos quais Majoranas s\u00e3o poss\u00edveis de aparecer aumentam dramaticamente\u201d.<\/p>\n

Ainda que o equipamento experimental envolvido n\u00e3o seja trivial \u2014 supercondutividade e magnetismo combinados, microsc\u00f3pio de corrente de tunelamento, refrigera\u00e7\u00e3o a zero grau e um laborat\u00f3rio de vibra\u00e7\u00f5es ultrabaixas \u2014, s\u00e3o condi\u00e7\u00f5es bem menos complexas que outros sistemas de detec\u00e7\u00e3o de part\u00edculas. A simplicidade \u00e9 destacada por Yazdani: \u201cO que \u00e9 excitante \u00e9 que \u00e9 muito simples: \u00e9 chumbo e ferro.\u201d A nova t\u00e9cnica e seus resultados foram publicadas na edi\u00e7\u00e3o de 2 de outubro da revista Science<\/em>.<\/p>\n

REFER\u00caNCIAS<\/strong><\/p>\n

\"rb2_large_gray25\"<\/a>KITAEV, Alexei. Unpaired Majorana fermions in quantum wires<\/strong>. Arxiv.org<\/em>. Mesoscale and Nanoscale Physics (cond-mat.mes-hall); Quantum Physics (quant-ph)<\/em> DOI: 10.1070\/1063-7869\/44\/10S\/S29. Cite as: arXiv:cond-mat\/0010440<\/a> [cond-mat.mes-hall] (Submitted on 27 Oct 2000 (v1), last revised 30 Oct 2000 (this version, v2))<\/pre>\n
YAZDANI, Ali; BERNEVIG, Andrei B.; NADJ-PERGE, Stevan. et. al. Observation of Majorana fermions in ferromagnetic atomic chains on a superconductor<\/strong>. Science<\/em>. DOI: 10.1126\/science.1259327<\/a>. Published Online October 2 2014.<\/pre>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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