Como flagrar uma partícula esquiva

Equipe brasileira propõe nova estratégia para verificar a existência de férmions previstos teoricamente

Por Reinaldo José Lopes

Revista Pesquisa FAPESP – Um grupo de pesquisadores brasileiros acaba de planejar e propor alguns experimentos que, segundo eles, permitiriam confirmar de uma vez por todas a existência de uma das partículas mais esquivas previstas pelos físicos teóricos: os chamados férmions de Majorana, ou simplesmente majoranas, que já driblaram todas as tentativas de detecção experimental. Resultados publicados com alarde na revista Science em 2012 pareciam enfim ter mostrado a existência dessas partículas, mas os achados passaram a ser questionados.

Agora uma equipe brasileira de físicos teóricos que estudam a matéria condensada criou uma nova “receita” para romper esse impasse e flagrar de vez os majoranas, o que pode ter implicações interessantes para o futuro da chamada computação quântica. Essa área de pesquisa, que busca utilizar as propriedades do mundo subatômico para realizar operações computacionais avançadas, pode se beneficiar do uso dessas partículas para o processamento de informações e a realização de cálculos, uma vez que os majoranas permitiriam criar sistemas mais estáveis do que os que usam partículas eletricamente carregadas, como os elétrons.

As estratégias, publicadas neste ano no periódico Physical Review B, são de autoria de José Carlos Egues, do Instituto de Física da Universidade de São Paulo (USP) em São Carlos, e sua equipe, formada por Edson Vernek, físico da Universidade Federal de Uberlândia atualmente em estágio de pós-doutorado com Egues, Poliana Penteado, da USP em São Carlos, e Antonio Carlos Seridonio, da Universidade Estadual Paulista (Unesp) de Ilha Solteira.

“Fizemos uma proposta detalhada, com três formas diferentes de fazer esse sistema, nas quais se poderia verificar a presença desse chamado modo de Majorana”, afirma Egues, coordenador do trabalho, apresentado com destaque em uma seção da Physical Review B chamada Sugestão do editor, em que são recomendados os artigos mais interessantes de cada edição. Egues ressalta, no entanto, que seria preciso extrema habilidade técnica para colocar as propostas em prática.

De certa maneira, parece adequado que essas partículas tenham uma aura de mistério, já que levam o nome do cientista que propôs sua existência, o siciliano Ettore Majorana. Nascido em 1906 e com uma carreira meteórica, ele desapareceu sem deixar vestígios em 1938, durante uma viagem marítima entre Palermo e Nápoles. Mensagens deixadas pelo físico insinuam que ele teria decidido cometer suicídio, mas seu corpo nunca foi encontrado, o que estimulou o surgimento de hipóteses rocambolescas, como uma fuga para a Argentina ou seu ingresso num monastério.

Seja como for, cerca de um ano antes de sua última viagem de barco, Majorana encontrou uma solução inovadora para a equação de Dirac, a qual, originalmente, descrevia o comportamento de partículas como os elétrons, com carga elétrica e spin (propriedade vagamente análoga à rotação de um planeta) equivalente a 1/2. No caso dos elétrons, esse comportamento é descrito por uma função de onda dita complexa, que representa partículas eletricamente carregadas.

Ao trabalhar em variações da equação de Dirac – formulação matemática proposta pelo físico britânico Paul Dirac para descrever os elétrons –, Majorana descobriu que outra classe de partículas poderia ser descrita por uma função de onda dita real. Seriam partículas sem carga elétrica, hoje chamadas de majoranas.

“Há quem defenda que um dos tipos de neutrino poderia ser o majorana, mas as pesquisas em física de partículas nunca chegaram a uma conclusão definitiva”, diz Egues. Diante disso, os físicos passaram a procurar a partícula na matéria condensada – por exemplo, circuitos eletrônicos ou outros materiais produzidos em laboratório –, e não nas colisões de alta energia dos aceleradores. Na realidade eles investigam se, na matéria condensada, um grupo de elétrons poderia se comportar como se fossem uma única partícula majorana.

Leia a reportagem completa em http://revistapesquisa.fapesp.br/2014/06/16/como-flagrar-uma-particula-esquiva/