Ánios em 1D podem assumir duas novas formas, sugerem modelos

Restringir uma classe incomum de partículas, conhecidas como ánios, a uma única dimensão pode obrigá-las a assumir uma de duas novas “formas”, segundo modelos teóricos - um resultado que sugere caminhos para interações fundamentais ainda não descritas na física de partículas.

O que são bósons, férmions e ánios

Num espaço tridimensional, as partículas costumam ser separadas em dois grandes grupos. De um lado estão os férmions, que em geral descrevem entidades que não se sobrepõem entre si, como eletrões e quarks. Do outro lado estão os bósons, que representam partículas mediadoras de forças e que, com mais facilidade, atravessam umas às outras.

"Toda partícula no nosso Universo parece encaixar-se estritamente em duas categorias: bosónica ou fermiónica", afirma o físico Thomas Busch, do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST), no Japão. "Porque não existem outras?"

Há cerca de meio século, físicos teóricos argumentaram que as estatísticas por trás dessa divisão deixam de ser tão simples quando se remove uma dimensão. Dessa ideia nasceu o ánion - um terceiro grupo que não é nem bóson nem férmion e que surge em ambientes planos, bidimensionais (2D).

Desde então, as evidências experimentais a favor da existência de ánios têm aumentado, com estudos em laboratório a encontrarem novas formas de confinar partículas como eletrões de modo a fazer essa terceira categoria emergir.

O que muda quando as partículas ficam presas em 1D

Agora, investigadores do OIST e da Universidade de Oklahoma, nos Estados Unidos, analisaram essas partículas numa única dimensão (1D) e encontraram um nível adicional de complexidade no comportamento dos ánios.

"Identificámos não só a possibilidade de existência de ánios unidimensionais", diz Busch, "como também mostramos como as estatísticas de troca podem ser mapeadas e, de forma empolgante, como a natureza deles pode ser observada através da distribuição de momento."

Quando estão confinadas a 1D, as partículas não conseguem contornar-se. Isso torna as interações inevitáveis. E como as interações são um elemento central na forma como as partículas são classificadas, espaços unidimensionais oferecem aos cientistas uma oportunidade rara de examinar as características dessas entidades.

Uma diferença marcante entre bósons e férmions é o grau de “sociabilidade”. Em termos bem simples, bósons tendem a agrupar-se, enquanto férmions tendem a não o fazer. Dentro do corredor estreito de uma dimensão, essa “sociabilidade” passa a ter ainda mais peso.

Com base nisso, os autores argumentaram que as interações forçadas em 1D permitem enquadrar os ánios em dois tipos: ánios de tipo bosónico e ánios de tipo fermiónico.

Como identificar a “impressão digital” dos ánios unidimensionais

Os investigadores também apontaram um elemento das interações entre ánios que determina o quão bosónica ou quão fermiónica uma partícula específica se comporta. Além disso, a equipa demonstrou que medir a distribuição dos momentos das partículas pode ser uma maneira viável de reconhecer a sua “impressão digital”.

"Tal como bósons e férmions, ánios bosónicos e ánios fermiónicos têm estatísticas diferentes de troca de partículas", escrevem os investigadores num dos artigos publicados.

Por enquanto, os resultados são teóricos e ainda precisam de ser confirmados por experiências. Mesmo assim, nessa forma, eles já obrigam a repensar ideias fundamentais sobre partículas e as suas interações.

"Os arranjos experimentais necessários para fazer estas observações já existem", afirma Busch. "Estamos entusiasmados por ver que descobertas futuras serão feitas nesta área e o que isso pode dizer-nos sobre a física fundamental do nosso Universo."

Há um impulso crescente por trás de uma linha de investigação que ultrapassa a visão binária de bósons e férmions, conhecida de modo mais geral como parastatística. Embora nem todos concordem que haja muito mais para descobrir, parte da matemática subjacente sugere que talvez ainda não tenhamos o quadro completo da física.

A investigação foi publicada na Revisão Física A, aqui e aqui.