Nova matemática sugere que um terceiro tipo de partícula “impossível” pode existir

A mecânica quântica há muito tempo classifica as partículas em apenas dois tipos distintos: férmions e bósons. Agora, físicos da Rice University nos EUA descobriram que um terceiro tipo pode ser possível afinal, pelo menos matematicamente falando. Conhecido como parapartículas, seu comportamento pode implicar a existência de partículas elementares que ninguém jamais considerou.

“Determinamos que novos tipos de partículas que nunca conhecemos antes são possíveis”, diz Kaden Hazzard, que, com o coautor Zhiyuan Wang, formulou uma teoria para demonstrar como objetos que não eram férmions ou bósons poderiam existir na realidade física sem quebrar nenhuma lei conhecida.

Os férmions abrangem partículas fundamentais que ‘constroem’ átomos, como elétrons e quarks. Em termos mais precisos, eles têm uma propriedade que os impede de ocupar estados quânticos idênticos, garantindo efetivamente que nenhum dos dois férmions correspondentes possa preencher o mesmo espaço.

“Esse comportamento é responsável por toda a estrutura da tabela periódica”, diz Hazzard. “É também por isso que você não passa pela sua cadeira quando se senta.”

Os bósons são definidos por uma medida diferente dessa propriedade que lhes permite passar um através do outro como fantasmas em um corredor.

Normalmente atuando como portadores de força, como fótons e glúons, os bósons mediam interações de maneiras que empurram e puxam os férmions para tudo, desde prótons a porcos-espinhos, batatas e planetas.

Há uma exceção notável a essa regra estrita de segregação de estados quânticos. Restritos a apenas duas dimensões, alguns materiais podem dar origem a um comportamento semelhante ao de partículas que quebra as leis estatísticas esperadas de férmions e bósons, permitindo efetivamente uma troca única de estados quânticos.

Conhecidas como anyons , essas brechas técnicas não podem se estender para o espaço tridimensional do nosso Universo e, portanto, é improvável que sejam representadas por quaisquer partículas fundamentais genuínas que ainda não descobrimos. Menos um novo corredor no hardware quântico; elas são mais como um chaveiro de novidade que você pode pegar no balcão da frente.

Ainda assim, isso nunca impediu que físicos teóricos mexessem com as descrições quânticas de partículas hipotéticas para ver o que sobrevive, operando em um campo chamado paraestatística . Embora seja um ato de expressão puramente matemática, fazer isso pode revelar verdades mais profundas sobre se férmions e bósons são realmente tudo o que existe, e se sim, por quê.

Desde seu início no início e meados do século XX, a paraestatística falhou em encontrar qualquer coisa que não pudesse cair nas caixas de férmions ou bósons . De fato, conforme as teorias quânticas se desenvolveram ao longo do tempo, tornou-se cada vez mais claro que qualquer teoria desenvolvida por meio da paraestatística seria indistinguível de um universo com apenas férmions e bósons.

Wang e Hazzard acham que descobriram uma razão para discordar. Ao introduzir uma segunda etapa de quantização distinta dos métodos anteriores, eles mostraram que comportamentos coletivos em materiais podem dar origem a partículas que agem de alguma forma como anyons, mesmo quando viram esquinas em um universo tridimensional mais ou menos idêntico ao nosso.

O conceito fica muito aquém de mapear um caminho para uma classe totalmente nova de partículas, servindo apenas para mostrar que talvez não queiramos encerrar o assunto sobre essa possibilidade ainda.

“Para realizar parapartículas em experimentos, precisamos de propostas teóricas mais realistas”, diz Wang.

No entanto, conhecer o Hardware do Modelo Padrão da física quântica ainda não fornece nada para a relatividade geral e não tem espaço para tijolos de matéria escura ou as fontes igualmente misteriosas de energia escura , portanto, ter planos de expansão vale a pena.