Observado pela primeira vez um bóson de Higgs magnético
Físicos descobriram uma nova partícula - uma excitação quântica anteriormente indetectável - conhecida como modo de Higgs axial, um parente magnético do bóson de Higgs que define a massa.
Bóson de Higgs magnético
A descoberta do bóson de Higgs ajudou a sedimentar o Modelo Padrão da física de partículas, o que poderia ser uma notícia totalmente boa não fosse o fato de que se sabe que o Modelo Padrão é incompleto, não explicando coisas como a gravidade, a matéria escura ou a energia escura.
De fato, ao tentar usar o bóson de Higgs para explicar a matéria escura, físicos teóricos se deram conta que seria necessário antes descobrir uma nova partícula, uma versão magnética do famoso bóson que explica a massa. Ela foi chamada de "modo axial de Higgs" - o termo axial significa que ela tem momento angular.
Agora, uma equipe da China e dos EUA conseguiu encontrar essa partícula, mostrando que os teóricos podem estar no caminho certo.
O mais surpreendente é que, enquanto o bóson de Higgs foi encontrado usando o bilionário e gigantesco LHC, o bóson de Higgs magnético foi encontrado em um experimento de mesa, feito à temperatura ambiente.
"Não é todo dia que você encontra uma nova partícula na sua mesa," brincou o professor Kenneth Burch, da Universidade de Boston, nos EUA.
O modo axial do bóson de Higgs foi encontrado em uma amostra de um tritelureto de terras raras, ou RTe3, onde o R pode ser o elemento lantânio ou o gadolínio - além dos três átomos de telúrio.
Esse material é bem conhecido porque tem a vantagem de poder ser estudado em temperatura ambiente. E calhou que ele apresenta propriedades que batem com as estabelecidas pela teoria que propôs a existência do modo axial de Higgs.
Esta partícula é importante porque pode ajudar a explicar a matéria escura.
[Imagem: Yiping Wang et al. - 10.1038/s41586-022-04746-6]
Modo axial de Higgs
Em vez de enormes eletroímãs, raios lasers superpotentes e temperaturas criogênicas, a equipe só precisou medir de forma criativa o espalhamento de luz na amostra de RTe3 e escolher um simulador quântico adequado, essencialmente um material que imita as propriedades descritas para a partícula.
Especificamente, a equipe focou sua atenção na chamada "onda de densidade de carga", que emerge muito acima da temperatura ambiente e envolve a modulação tanto da densidade de carga quanto das órbitas atômicas. Isso permite que o bóson de Higgs associado a essa onda de densidade de carga tenha componentes adicionais, ou seja, ele pode ser axial, o que significa que contém um momento angular - é o momento angular que descreve o componente magnético do elétron, por exemplo, mais conhecido como spin.
Quando a luz de um laser incidiu sobre o RTe3, o espalhamento fez com que a luz mudasse de cor e de polaridade: A mudança de cor resulta da luz criando o bóson de Higgs no material, enquanto a polarização é sensível aos componentes de simetria da partícula.
Finalmente, selecionando adequadamente as polarizações incidente e de saída, a partícula pode ser criada com diferentes componentes - como um magnetismo ausente ou um componente apontando para cima. Explorando um aspecto fundamental da mecânica quântica, a equipe usou o fato de que, para uma configuração, esses componentes se cancelam, enquanto para outra configuração diferente, eles se somam.
"Desta forma, fomos capazes de revelar o componente magnético oculto e provar a descoberta do primeiro modo de Higgs axial," disse Burch.
A descoberta reforça algumas teorias que tentam explicar a matéria escura, enquanto tira força de outras.
Artigo: Axial Higgs Mode Detected by Quantum Pathway Interference in RTe3
Autores: Yiping Wang, Ioannis Petrides, Grant McNamara, Md Mofazzel Hosen, Shiming Lei, Yueh-Chun Wu, James L. Hart, Hongyan Lv, Jun Yan, Di Xiao, Judy J. Cha, Prineha Narang, Leslie M. Schoop, Kenneth S. Burch