A física quântica já destruiu praticamente toda a lógica intuitiva sobre como o universo deveria funcionar. Partículas que atravessam barreiras impossíveis, estados que mudam apenas ao serem observados e fenômenos que desafiam qualquer noção clássica de realidade fazem parte desse território há décadas. Mesmo assim, existia uma regra considerada quase intocável: todas as partículas conhecidas pertenciam a apenas dois grandes grupos. Agora, um novo estudo sugere que a história talvez seja muito mais estranha do que imaginávamos.
A divisão clássica da física pode não ser tão definitiva assim
Durante décadas, a mecânica quântica organizou o universo em duas categorias fundamentais de partículas: bósons e férmions.
Os bósons estão ligados às forças da natureza. Fótons, por exemplo, fazem parte desse grupo e conseguem compartilhar exatamente o mesmo estado quântico sem problemas.
Já os férmions funcionam de maneira completamente diferente. Elétrons, prótons e nêutrons obedecem ao chamado princípio de exclusão, que impede duas partículas idênticas de ocuparem o mesmo estado quântico ao mesmo tempo.
Essa divisão parecia extremamente sólida.
Toda a classificação depende de como partículas idênticas reagem quando trocam de posição no espaço. Em bósons, praticamente nada muda. Nos férmions, o sistema sofre uma inversão matemática específica.
Por muito tempo, cientistas acreditaram que só existiam essas duas possibilidades.
Mas tudo começou a ficar estranho quando pesquisadores passaram a estudar sistemas com menos dimensões.
Foi aí que surgiram os anyons — entidades quânticas extremamente exóticas que não se comportam nem como bósons nem como férmions.
A ideia existe desde os anos 1970, mas parecia limitada a cenários muito específicos. Agora, um grupo de pesquisadores do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa, no Japão, e da Universidade de Oklahoma acredita ter encontrado algo ainda mais surpreendente.
As partículas exóticas que podem mudar as regras da computação quântica
Os pesquisadores analisaram sistemas quânticos unidimensionais e concluíram que eles também podem abrigar anyons.
Isso é importante porque muda completamente o entendimento anterior sobre onde essas quasipartículas poderiam existir.
Em sistemas tridimensionais normais, partículas conseguem circular livremente pelo espaço. Mas em dimensões menores, suas trajetórias passam a se entrelaçar de formas muito mais complexas. E é justamente aí que o comportamento estranho dos anyons aparece.
Quando essas entidades trocam de posição, o sistema não responde apenas com os padrões tradicionais observados em bósons ou férmions. Ele assume estados intermediários muito mais incomuns.
Em outras palavras: a natureza parece permitir uma terceira categoria de comportamento quântico.
Mas existe um detalhe ainda mais desconcertante.
Cientistas acreditam que será possível alterar diretamente o comportamento dessas partículas
Segundo os autores do estudo, o chamado “fator de troca” dos anyons pode ser ajustado diretamente. Ou seja, seu comportamento não seria fixo como acontece com partículas tradicionais.
Isso abre uma possibilidade completamente nova na física quântica.
Os pesquisadores afirmam que, em sistemas unidimensionais, até mesmo a maneira como partículas contornam umas às outras altera o resultado físico final. A geometria, os caminhos e as trajetórias passam a influenciar propriedades fundamentais da matéria.
O trabalho ainda é majoritariamente teórico, mas os cientistas acreditam que esses sistemas poderão ser testados experimentalmente em laboratório no futuro próximo.
E isso ajuda a explicar por que o estudo está chamando tanta atenção no mundo da computação quântica.
Há anos, pesquisadores acreditam que anyons poderiam ser usados para construir qubits muito mais estáveis e resistentes a erros do que os atuais. Como a informação quântica ficaria ligada a propriedades topológicas difíceis de alterar acidentalmente, computadores quânticos poderiam se tornar menos frágeis e muito mais eficientes.
Mas talvez o aspecto mais fascinante dessa descoberta seja outro.
Ela reforça uma ideia cada vez mais comum na física moderna: muitas das regras que consideramos fundamentais podem depender apenas das condições específicas em que observamos o universo.
Mude a dimensão.
Mude a geometria.
E a realidade parece começar a obedecer regras completamente diferentes.
