Bóson de Higgs é encontrado em supercondutores

Redação do Site Inovação Tecnológica - 21/01/2021

Esta ilustração mostra trilhões de pulsos de laser por segundo (flash vermelho) acessando e controlando os modos de Higgs (bolas douradas) no material supercondutor. Mesmo em diferentes faixas de energia, os modos de Higgs interagem entre si (fumaça branca).
[Imagem: Jigang Wang]

Bóson de Higgs

Você ainda deve se lembrar do bóson de Higgs, também conhecido como "partícula Deus", descoberto em 2012 no LHC (Grande Colisor de Hádrons), rendendo aos seus idealizadores o Prêmio Nobel de Física no ano seguinte.

Agora, Chirag Vaswani e uma equipe de físicos de várias universidades norte-americanas descobriram uma forma da famosa partícula dentro de um material supercondutor, um material capaz de conduzir eletricidade sem resistência, geralmente em temperaturas muito baixas.

Não é para se estranhar que o bóson de Higgs seja encontrado em um material sólido - ou em qualquer outro material - e fora de um colisor de partículas, uma vez que, segundo a teoria, o bóson de Higgs permeia toda a matéria, dando massa às demais partículas - sem o bóson de Higgs para explicar a massa, todas as partículas conhecidas são meros campos, sem "materialidade".

De maior destaque é o fato de que os físicos argumentam ter descoberto "uma forma do bóson de Higgs", ou "modos híbridos de Higgs" - mesmo a famosa descoberta que rendeu o Nobel, normalmente referida como "a descoberta do bóson de Higgs", consta no meio científico como "a descoberta de um bóson de Higgs".

Modos de Higgs

Vaswani e seus colegas usaram uma ferramenta chamada espectroscopia quântica de terahertz para visualizar e orientar pares de elétrons que se movem através de um supercondutor. Conhecidas como pares de Cooper, essas duplas são atualmente a explicação mais aceita para a emergência da supercondutividade.

A ferramenta usa flashes de laser como um botão de controle para acelerar supercorrentes e acessar estados quânticos novos e potencialmente úteis da matéria.

A novidade é que a equipe conseguiu produzir filmes finos cristalinos muito puros de um supercondutor à base de ferro, com uma qualidade alta o suficiente para revelar a tão esperada assinatura do "modo de Higgs".

Como a espectroscopia permite ajustar com precisão os pulsos de laser, a equipe conseguiu detectar o que eles chamam de modos híbridos de Higgs em várias faixas de energia.

"Nossos resultados fornecem evidências convincentes de um acoplamento controlado por luz entre os modos de amplitude de elétrons e lacunas assistido por forte entrelaçamento quântico interbandas. Tal controle de luz da hibridização de Higgs pode ser estendido para sondar o entrelaçamento de muitos corpos e simetrias ocultas em outros sistemas complexos," escreveu a equipe.

A equipe conseguiu detectar os modos híbridos de Higgs em várias faixas de energia controlando os pulsos de laser.
[Imagem: Chirag Vaswani et al. - Jigang Wan]

Usos práticos

Embora sejam estados de curtíssima duração, a equipe acredita que há muitas vantagens em descobrir esses modos de Higgs em materiais supercondutores fáceis de fabricar - por exemplo, usar esses estados quânticos na fabricação de sensores.

"É como se o Grande Colisor de Hádrons pudesse usar a partícula de Higgs para detectar a energia escura ou a antimatéria, para nos ajudar a entender a origem do universo", disse o professor Jigang Wang, da Universidade Estadual de Iowa. "E nossos sensores de modo Higgs de mesa têm o potencial de nos ajudar a descobrir os segredos ocultos dos estados quânticos da matéria. É uma maneira pela qual este exótico e estranho mundo quântico pode ser aplicado à vida real."

De fato, os supercondutores, como os usados neste experimento, são os elementos centrais em uma das plataformas mais avançadas da computação quântica, por meio dos chamados "qubits supercondutores".

Qualquer nova ferramenta para sua manipulação, ou que permita que os supercondutores revelem novas funcionalidades, pode ter impacto importante no processamento, gravação, armazenamento e comunicação quânticas.

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