Os físicos descobriram um estranho novo estado da matéria na forma de um cristal altamente ordenado de partículas subatômicas. O novo estado da matéria, chamado de “isolante de bóson ligado”, pode levar à descoberta de muitos novos tipos de materiais exóticos feitos de matéria condensada, de acordo com os pesquisadores, que explicam suas descobertas em um estudo publicado em 11 de maio na revista Nature. . ciências.
As partículas subatômicas podem ser separadas em duas classes: férmions e bósons. As principais diferenças entre os dois são como eles giram e como interagem entre si.
Os férmions, como elétrons e prótons, são frequentemente considerados os blocos de construção da matéria porque constituem os átomos e são caracterizados por seu spin meio correto. Dois férmions idênticos não podem ocupar o mesmo espaço ao mesmo tempo.
Os bósons, por outro lado, carregam força – como fótons ou pacotes de luz – e são considerados a cola do universo, mantendo-os unidos. forças básicas da natureza. Essas partículas contêm um spin inteiro e vários bósons podem existir no mesmo lugar ao mesmo tempo.
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“Os bósons podem ocupar o mesmo nível de energia; os férmions não gostam de ficar juntos”, disse o principal autor do estudo. Qinhao Jinum físico de matéria condensada da Universidade da Califórnia, em Santa Bárbara, disse em A declaração. “Juntos, esses comportamentos constroem o universo como o conhecemos.”
Mas há um caso em que dois férmions podem se transformar em um bóson: se um elétron carregado negativamente é preso a um “buraco” carregado positivamente em um férmion diferente, ele forma uma partícula de bóson conhecida como “exciton”.
Para ver como os excitons interagem uns com os outros, os pesquisadores colocaram uma camada de rede de dissulfeto de tungstênio no topo de uma rede semelhante de disseleneto de tungstênio em um padrão de sobreposição chamado moiré. Em seguida, eles lançaram um poderoso feixe de luz através das grades – um método conhecido como “espectroscopia de sonda de bomba”. Essas condições uniram os éxcitons até que se tornassem tão densamente compactados que não pudessem mais se mover, criando um novo estado cristalino, carregado simetricamente e carregado de forma neutra – um isolador de bóson conjugado.
“Tradicionalmente, as pessoas se esforçam muito para entender o que acontece quando você junta muitos férmions”, disse Jin. “O principal objetivo do nosso trabalho é que criamos um novo material a partir dos bósons interativos”.
Os pesquisadores disseram que esta é a primeira vez que este novo estado da matéria foi criado em um sistema de matéria “real”, em oposição aos sistemas sintéticos, fornecendo uma nova visão sobre o comportamento dos bósons. Além disso, os métodos que a equipe usou para descobrir esse novo estado da matéria podem ajudar os cientistas a criar novos tipos adicionais de matéria bosônica.
“Sabemos que alguns materiais têm propriedades muito estranhas”, disse Jin. “Um dos objetivos da física da matéria condensada é entender por que ela tem propriedades tão ricas e encontrar maneiras de fazer com que esses comportamentos apareçam de maneira mais confiável”.
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