Quasipartículas: A Fronteira entre o Real e o Quase Real

O Que São Quasipartículas?

Além das partículas familiares, como elétrons e prótons, os cientistas descobriram uma infinidade de "quasipartículas" com nomes exóticos, como magnons, angulons, dropletons e polaritons. Mas o que exatamente são quasipartículas? E, dado o "quasi" em seus nomes, elas são consideradas partículas reais?

A Mudança de Paradigma na Física

Uma maneira de entender quasipartículas é explorar o que é uma partícula. A imagem padrão de uma partícula é a de um objeto discreto, como uma bola. No entanto, essa imagem clássica mudou com o advento da física quântica, que revelou que o universo se torna difuso em seus níveis mais baixos. Por exemplo, em 1924, o físico francês Louis de Broglie mostrou que partículas como elétrons podiam também se comportar como ondas. Essa descoberta lhe rendeu um Prêmio Nobel.

Imagens como as abaixo ajudam a visualizarmos o conceito:

A física moderna sugere que as partículas são excitações em campos que permeiam todo o universo, como uma ondulação em um lago. Cada tipo de partícula tem seu próprio campo correspondente. Por exemplo, os fótons da luz são ondulações do campo eletromagnético.

Quasipartículas e Materiais

Os elétrons, por exemplo, têm carga negativa e orbitam em torno do núcleo de um átomo. Se você pode imaginar uma partícula padrão, como um elétron, como uma ondulação que viaja dentro de um material, você pode também visualizar outros tipos de excitações dentro da matéria. Essas outras ondulações são as quasipartículas.

Para ilustrar, pense na "onda" que acontece em um evento esportivo: "Você pode vê-la se propagar ao redor de um estádio de futebol; ela tem uma localização e uma velocidade. No entanto, ela só existe dentro do estádio e é composta pela resposta coletiva de todos os fãs interagindo", afirmou Douglas Natelson, físico de matéria condensada da Universidade Rice, em Houston.

Da mesma forma, "as quasipartículas só podem existir dentro de algum meio ou material, pois são construídas a partir da resposta dos constituintes ou blocos de construção desse material", explicou Natelson. Em contraste, partículas como elétrons e prótons podem existir no espaço livre.

A Questão Filosófica das Quasipartículas

Uma questão filosófica em relação às quasipartículas é se elas são reais. Afinal, "quasi" em latim significa "quase". Os partículas fundamentais podem existir em isolamento em um vácuo, enquanto as quasipartículas necessitam de muitas partículas interagindo para existir. No entanto, McKenzie defende que "as quasipartículas são, para todos os fins e propósitos, tão reais quanto as partículas, na forma como você pode detectá-las e manipulá-las".

Um Zoológico de Quasipartículas

O conceito de quasipartículas surgiu com o físico teórico Lev Landau na década de 1950 e, eventualmente, ajudou Landau a ganhar o Prêmio Nobel de física em 1962. Cientistas agora propuseram a existência de dezenas de tipos de quasipartículas.

Segundo McKenzie, "Assim como existem um número infinito de estados da matéria, eu diria que, em princípio, existem um número infinito de tipos de quasipartículas". Elas não são simplesmente úteis para a organização; por exemplo, os pesquisadores geralmente descrevem o comportamento da eletricidade em dispositivos eletrônicos na forma de quasipartículas, como buracos e excitons.

Conclusão: Real ou Quase Real?

No final, a resposta à questão de saber se as quasipartículas são reais é uma questão de interpretação. Se a pergunta é se uma quasipartícula é uma partícula elementar, como um elétron, a resposta é não — elas não podem existir sozinhas e dependem dos materiais nos quais se manifestam. Contudo, se a questão é se as quasipartículas são fenômenos reais, a resposta é sim — são objetos que os cientistas podem medir, que podem se comportar como partículas e que, efetivamente, possuem muitas das mesmas propriedades que outras partículas.