Durante anos, os alunos aprenderam que existem quatro estados observáveis da matéria: sólidos, líquidos, gases e plasma. Mas, graças ao trabalho de físicos da Universidade de Cambridge e do Laboratório Nacional de Oak Ridge, os livros didáticos de ciência talvez precisem ser atualizados com uma nova fase da matéria: "líquido de giro quântico".
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Após décadas de busca, os pesquisadores descobriram a primeira evidência observável do estado indescritível, documentada recentemente na Nature Materials. Aqui estão três coisas para saber sobre líquido de giro quântico:
Não é realmente um líquido
O "líquido" em "quantum spin liquid" é quase um equívoco. Ao contrário dos líquidos conhecidos como a água, aqui a palavra realmente se refere a como os elétrons se comportam sob certas circunstâncias raras. Todos os elétrons têm uma propriedade conhecida como spin e podem girar para cima ou para baixo. Em geral, quando a temperatura do material esfria, seus elétrons tendem a começar a girar na mesma direção. No entanto, para materiais em estado líquido de spin quântico, os elétrons nunca se alinham. Na verdade, eles se tornam cada vez mais desordenados, mesmo em temperaturas de zero absoluto, relata Fiona MacDonald para a Science Alert . É essa natureza caótica e fluente que estimulou os físicos a descrever o estado como "líquido".
Faz elétrons parecem se dividir
Cada átomo do universo é composto de três partículas: prótons, elétrons e nêutrons. Enquanto os físicos descobriram que prótons e nêutrons são compostos de partículas ainda menores chamadas quarks, até agora os elétrons foram considerados indivisíveis. No entanto, há cerca de 40 anos, físicos teóricos especularam que, sob certas circunstâncias, os elétrons de certos materiais podem parecer divididos em quase-partículas chamadas “férmions de Majorana”, escreveu Sophie Bushwick para a Popular Science .
Agora, os elétrons não se separam, eles apenas agem como se fossem. Mas o que é realmente estranho sobre os férmions de Majorana é que eles podem interagir uns com os outros no nível quântico, como se fossem partículas. Essa estranha propriedade é o que dá aos líquidos de spin quânticos suas propriedades desordenadas, já que as interações entre os férmions de Majorana impedem que ele se estabeleça em uma estrutura ordenada, escreve Bushwick.
Ao contrário de como as moléculas de água se tornam ordenadas à medida que se congela em gelo, o resfriamento do líquido de spin quântico não leva a nenhuma redução na desordem.
Líquidos de spin quânticos podem ajudar a desenvolver computadores quânticos
Tão poderosos quanto os computadores modernos podem ser, todas as suas operações se resumem a informações de codificação como seqüências de zeros e uns. Os computadores quânticos, por outro lado, poderiam teoricamente ser muito mais poderosos ao codificar informações usando partículas subatômicas que podem girar em várias direções. Isso poderia permitir que os computadores quânticos executem várias operações ao mesmo tempo, tornando-os exponencialmente mais rápidos que os computadores normais. De acordo com os autores do estudo, férmions de Majorana poderiam um dia ser usados como blocos de construção de computadores quânticos usando os quase-particionamentos giratórios para realizar todos os tipos de cálculos rápidos. Embora esta seja ainda uma ideia muito teórica, as possibilidades para experiências futuras são excitantes.
