A física quântica sempre foi um território onde as regras do cotidiano deixam de fazer sentido. Partículas podem existir em dois lugares ao mesmo tempo, trocar informações instantaneamente e até desaparecer e reaparecer em estados diferentes. Mas um novo estudo acaba de levar essa estranheza a outro nível. Cientistas do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST), no Japão, e da Universidade de Oklahoma acreditam ter encontrado uma nova forma de comportamento quântico envolvendo partículas chamadas anyons — entidades tão incomuns que parecem desafiar as classificações fundamentais da física moderna.
A pesquisa, publicada recentemente na revista Physical Review A, sugere que essas partículas podem existir em sistemas unidimensionais e, mais impressionante ainda, que suas propriedades poderiam ser ajustadas de maneira controlada. Se confirmado experimentalmente, o avanço pode abrir portas para experimentos considerados impossíveis até poucos anos atrás.
O universo quântico sempre foi dividido em duas categorias
Desde o desenvolvimento da mecânica quântica no século XX, os físicos classificam praticamente todas as partículas do universo em dois grandes grupos: bósons e férmions.
Os bósons são responsáveis por transmitir forças fundamentais da natureza. O fóton, por exemplo, pertence a essa categoria e é a partícula associada à luz e ao eletromagnetismo. Já os férmions formam a matéria comum: elétrons, prótons e nêutrons fazem parte desse grupo.
A diferença entre eles aparece quando duas partículas idênticas trocam de posição. No caso dos bósons, o sistema permanece exatamente igual. Nos férmions, ocorre uma inversão matemática conhecida como “mudança de sinal”.
Esse comportamento está ligado ao chamado princípio da indistinguibilidade, uma das bases da física quântica. Em resumo, partículas idênticas não podem ser diferenciadas entre si se compartilham todas as propriedades quânticas.
O problema começa quando o universo fica menor
Durante décadas, essa divisão parecia absoluta. Mas os físicos perceberam, nos anos 1970, que as regras poderiam mudar em sistemas de dimensões reduzidas.
Em ambientes bidimensionais — materiais ultrafinos com espessura de apenas um átomo, por exemplo — começaram a surgir previsões teóricas de partículas intermediárias, que não se comportavam nem como bósons nem como férmions. Essas partículas receberam o nome de anyons.
Em 2020, pesquisadores conseguiram demonstrar experimentalmente a existência de anyons em sistemas bidimensionais. Agora, o novo estudo vai além: ele sugere que essas partículas também podem surgir em sistemas unidimensionais, algo que até pouco tempo atrás parecia improvável.
Os anyons desafiam as regras tradicionais da realidade quântica
Nos sistemas tradicionais, trocar duas partículas é um processo relativamente simples. Em dimensões inferiores, porém, as trajetórias possíveis ficam extremamente limitadas.
Quando duas partículas trocam de posição em um espaço reduzido, seus caminhos acabam se entrelaçando no espaço-tempo de formas muito mais complexas. É justamente aí que os anyons entram em cena.
Diferentemente dos bósons e férmions, que possuem fatores de troca fixos — +1 e -1 — os anyons podem assumir uma ampla gama de valores intermediários. Em outras palavras, eles não seguem apenas duas regras possíveis: podem existir em estados muito mais variados.
Segundo Raúl Hidalgo-Sacoto, pesquisador da Unidade de Sistemas Quânticos do OIST, isso acontece porque, em dimensões menores, trocar partículas deixa de ser matematicamente equivalente a “não fazer nada”. O movimento passa a depender diretamente das curvas, giros e trajetórias realizadas pelas partículas.
A descoberta pode mudar a computação quântica
Um dos pontos mais importantes do estudo é que os cientistas descobriram que o comportamento dos anyons em sistemas unidimensionais poderia ser ajustado diretamente. Isso significa que seria possível manipular suas propriedades de maneira controlada.
Na prática, isso pode ter implicações enormes para áreas como computação quântica e criação de novos materiais. Muitos pesquisadores acreditam que os anyons podem ser fundamentais para o desenvolvimento de computadores quânticos mais estáveis e resistentes a erros.
Hoje, um dos maiores desafios da computação quântica é justamente manter estados quânticos frágeis sem interferência externa. Os anyons poderiam oferecer uma solução mais robusta graças ao seu comportamento exótico e à forma como armazenam informação quântica.
Embora o estudo ainda seja teórico, os pesquisadores afirmam que os resultados já podem ser testados em laboratório. Se isso acontecer, a física quântica poderá entrar em uma nova fase — uma em que as categorias fundamentais da matéria talvez não sejam tão rígidas quanto imaginávamos.
[ Fonte: Marca ]
