Os cientistas obtiveram um novo estado da matéria – eles coletaram quase-partículas subatômicas em um cristal superdenso

Cientistas da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara passaram um poderoso feixe de luz através de dois compostos químicos e descobriram um material exótico de quasipartículas subatômicas. Eles chamaram o novo material de “isolante correlacionado bosônico” – é um cristal altamente ordenado de éxcitons, que pertencem a quasipartículas subatômicas. E representa um novo estado da matéria.

A formação de um cristal por elétrons e “buracos” – uma ilustração artística. Fonte da imagem: ucsb.edu

Partículas subatômicas podem ser divididas em férmions e bósons. Eles diferem entre si em recursos de rotação e interação. Os férmions, e estes são, por exemplo, quarks e elétrons, são considerados os blocos de construção da matéria – os átomos são formados a partir deles e essas partículas são caracterizadas por um spin semi-inteiro. Os bósons, por outro lado, são portadores de interação – os fótons, em particular, pertencem a eles – e são considerados uma espécie de cola do universo, pois unem as forças fundamentais da natureza. Essas partículas têm spins inteiros; vários bósons podem estar no mesmo ponto do espaço ao mesmo tempo, enquanto os férmions “não gostam” de se juntar.

Nesse caso, é conhecido o caso em que dois férmions formam um bóson. Se um elétron carregado negativamente forma uma ligação com um “buraco” carregado positivamente (quasipartícula), então juntos eles formam uma quasipartícula bosônica chamada exciton. Cientistas americanos decidiram estudar a interação de excitons impondo uma rede de dissulfeto de tungstênio em uma rede semelhante de disseleneto de tungstênio e formando um padrão chamado moiré. Em seguida, os cientistas direcionaram um forte feixe de luz para ambas as redes, devido ao qual os éxcitons começaram a colidir ativamente e formaram uma nova matéria cristalina com carga neutra – um isolador correlacionado bosônico.

Os pesquisadores observaram que esse novo estado da matéria foi criado primeiro em um sistema de matéria “real”, em vez de um sistema sintético, o que fornece pistas para uma nova compreensão do comportamento dos bósons. E abre caminho para a criação de um novo tipo de materiais bosônicos.