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Brasileiros propõem experimento para detectar férmion de Majorana

Brasileiros propõem experimento para detectar férmion de Majorana
Um sistema considerado forte candidato a exibir os férmions de Majorana enquanto quase-partículas é o chamado "fio de Kitaev". [Imagem: Dessotti et al. - 10.1063/1.4898776]

Dos poucos artigos que publicou, o mais famoso trabalho do mítico físico Ettore Majorana foi Teoria simétrica do elétron e do pósitron, no qual ele apresenta a hipótese de uma partícula que teria a si mesma como antipartícula.

Genericamente, essa partícula hipotética, que é sua própria antipartícula, recebe o nome de férmion de Majorana. Oito décadas depois de sua proposição, o férmion de Majorana continua a suscitar forte interesse e muitas controvérsias na comunidade dos físicos.

Vários anúncios sobre a descoberta do férmion de Majorana têm sido feitos sem conseguir a unanimidade entre os físicos.

As pesquisas atuais em relação a ele enfocam não apenas o neutrino, mas também quase-partículas constituídas por excitações em supercondutores, além de propostas de que os férmions de Majorana seriam os constituintes da Matéria Escura.

"Os férmions de Majorana poderiam se manifestar não como partículas reais, a exemplo dos prótons ou dos elétrons, mas como quase-partículas, ou partículas aparentes, que descrevem o estado do supercondutor," explica o físico Antônio Carlos Ferreira Seridônio, da Universidade Estadual Paulista (UNESP) em Ilha Solteira (SP).

Fio de Kitaev

Seridônio e seus colegas estão propondo um modelo experimental para a obtenção do férmion de Majorana.

Um sistema considerado forte candidato a exibir os férmions de Majorana enquanto quase-partículas é o chamado "fio de Kitaev", proposto pelo físico russo Alexei Kitaev, atualmente professor do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), nos Estados Unidos.

"Em 2001, trabalhando na Microsoft, Kitaev dedicou-se ao objetivo de encontrar uma unidade básica para a computação quântica [o qubit ou bit quântico], que fosse capaz de resistir a perturbações externas do meio, possibilitando assim a construção do computador quântico. O modelo apresentado por ele consistiu em um fio finito supercondutor. Quando tal fio se encontra em uma condição específica, chamada de fase topológica, seria possível isolar um majorana em cada uma de suas pontas. E esse par de quase-partículas comporia o bit quântico," explica Seridônio.

O artigo publicado por Seridônio e seu grupo descreve uma via experimental para a detecção dessas quase-partículas. "Os componentes do aparato experimental que propomos já foram produzidos experimentalmente. Falta integrá-los. Acreditamos que é uma questão de tempo para que isso ocorra. E o nosso trabalho aponta um caminho para isso", afirmou.

Interferômetro de Bohm-Aharonov

O aparato utiliza um interferômetro de elétrons (empregado no estudo do comportamento ondulatório dos elétrons) semelhante ao interferômetro de Bohm-Aharonov, que tem entre seus idealizadores o físico norte-americano naturalizado brasileiro David Bohm (1917-1992).

"Nossa ideia foi acoplar esse interferômetro a um fio de Kitaev na fase topológica. O transporte de elétrons no interferômetro ficaria afetado pelos majoranas presentes nas pontas do fio de Kitaev. E, por meio da alteração produzida nos espectros das ondas eletrônicas, seria possível caracterizar os majoranas", explicou Seridônio.

"Para o futuro, utilizaremos o interferômetro proposto para explorar uma outra classe de majoranas, os que geram uma corrente de quase-partículas nas bordas de um supercondutor," acrescentou o pesquisador.

Brasileiros propõem experimento para detectar férmion de Majorana
Em 1938, Ettore Majorana, um físico italiano de 31 anos, desapareceu sem deixar vestígios. [Imagem: Wikipedia]

Ettore Majorana

Em 1938, Ettore Majorana, um físico italiano de 31 anos, desapareceu sem deixar vestígios. Seu orientador, Enrico Fermi, que naquele mesmo ano ganhou o prêmio Nobel de Física, o comparou ao inglês Isaac Newton (1643-1727), posicionando-o vários degraus acima dos maiores expoentes de uma época fértil em gênios científicos.

As habilidades matemáticas de Majorana eram prodigiosas. Costumava esboçar proposições teóricas sofisticadas em maços de cigarro, que, depois, amassava e jogava fora, classificando aqueles escritos como pueris. Em março de 1932, propôs, alguns meses antes do alemão Werner Heisenberg (1901-1976), um modelo do núcleo atômico como constituído por prótons e nêutrons. Mas, apesar da insistência de Fermi, recusou-se a publicar qualquer artigo a respeito.

Quando desapareceu, suspeitou-se de que havia sido sequestrado pelo regime fascista de Benito Mussolini, porque sabia demais. Depois, verificou-se que planejara meticulosamente a desaparição.

Outras hipóteses foram apresentadas: fugiu porque, sabendo do potencial destrutivo da energia nuclear, não queria ser obrigado a trabalhar para os fascistas na produção da bomba atômica; fugiu porque, movido por uma intensa aspiração mística, decidiu isolar-se em um mosteiro ou transformar-se em andarilho. Há suspeitas de que tenha-se refugiado na Argentina, passando a ganhar a vida como engenheiro. Mas não existe prova conclusiva sobre quaisquer dessas suposições.

Bibliografia:

Probing the antisymmetric Fano interference assisted by a Majorana férmion
Fernando Augusto Dessotti, L. S. Ricco, M. de Souza, Fabrício Macedo de Souza, Antônio Carlos Ferreira Seridônio
Journal of Applied Physics
Vol.: 116, 173701
DOI: 10.1063/1.4898776




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