A física moderna nos acostumou a noções estranhas e contra-intuitivas da realidade – especialmente a física quântica, que é famosa por deixar objetos físicos em estranhos estados de superposição.
Por exemplo, o gato de Schrödinger, que se vê incapaz de decidir se está morto ou vivo, ao mesmo tempo. Por vezes, porém, a mecânica quântica é mais decisiva e até mesmo destrutiva.
As simetrias são o Santo Graal para físicos. Uma simetria significa que se pode transformar um objeto de uma certa maneira que o deixa invariante. Por exemplo, uma bola redonda pode ser girada por um ângulo arbitrário, mas sempre parece ser a mesma.
Os físicos dizem que este objeto é simétrico sob rotações. Uma vez que a simetria de um sistema físico é identificada, muitas vezes é possível prever sua dinâmica.
Às vezes, no entanto, as leis da mecânica quântica destroem uma simetria que existiria em um mundo sem mecânica quântica, ou seja, sistemas clássicos. Mesmo para os físicos, isso parece tão estranho que eles chamaram esse fenômeno de uma “anomalia”.
Durante a maior parte da história, essas anomalias quânticas foram confinadas ao mundo da física de partículas elementares explorado em laboratórios de aceleração enorme, como Large Hadron Collider no CERN na Suíça.
No entanto, novos tipos de materiais, os chamados semimetrados de Weyl, semelhantes ao grafeno 3D, nos permitem colocar a anomalia quântica de destruição de simetria para trabalhar nos fenômenos cotidianos, como a criação de uma corrente elétrica.
Nestes materiais exóticos, os elétrons se comportam efetivamente da mesma maneira que as partículas elementares estudadas em aceleradores de alta energia. Essas partículas têm a estranha propriedade de que não podem estar em repouso – elas precisam se mover com uma velocidade constante em todos os momentos.
Elas também têm outra propriedade exótica, chamada spin. É como um pequeno ímã ligando as partículas, e eles vêm em duas espécies. A rotação pode indicar na direção do movimento ou na direção oposta.
Quando se fala de partículas destras ou canhotas, essa propriedade é chamada de quiralidade. Normalmente, as duas espécies diferentes de partículas, idênticas, exceto a quiralidade (destras), viriam com simetrias separadas anexadas a elas e seus números seriam conservados separadamente.
No entanto, uma anomalia quântica pode destruir sua coexistência pacífica e muda uma partícula de canhota para uma destra, ou vice-versa.
Aparecendo em um artigo publicado hoje na Nature, uma equipe internacional de físicos, cientistas de material e teóricos de cordas, observaram esse material, um efeito de uma anomalia quântica muito exótica que, até então, era desencadeada apenas pela curvatura do espaço-tempo, como descrito pela teoria da relatividade de Einstein.
Mas para a surpresa da equipe, eles descobriram que também existe na Terra, nas propriedades da física do estado sólido, de que grande parte da indústria de computação é baseada, desde pequenos transistores até centros de dados da nuvem.
“Pela primeira vez, observamos experimentalmente esta anomalia quântica fundamental na Terra, que é extremamente importante para a nossa compreensão do universo”, disse o Dr. Johannes Gooth, cientista da IBM Research e principal autor do artigo.
“Agora, podemos construir novos dispositivos de estado sólido com base nesta anomalia que nunca foram considerados anteriormente para potencialmente contornar alguns dos problemas inerentes aos dispositivos eletrônicos clássicos, como os transistores”, afirmou.
Novos cálculos, utilizando em parte os métodos da teoria das cordas, mostraram que essa anomalia gravitacional também é responsável por produzir uma corrente se o material for aquecido ao mesmo tempo em que um campo magnético é aplicado.
“Esta é uma descoberta incrivelmente emocionante. Podemos concluir claramente que a mesma quebra de simetria pode ser observada em qualquer sistema físico, seja no início do universo ou esteja acontecendo hoje, aqui mesmo na Terra”, disse o Prof. Dr. Karl Landsteiner, teórico da corda no Instituto de Física Teórica UAM/CSIC e co-autor do artigo.
Os cientistas da IBM preveem que esta descoberta abrirá uma onda de novos desenvolvimentos em torno de sensores, interruptores e resfriadores termelétricos ou dispositivos de aproveitamento de energia, para melhorar o consumo de energia.
