Descobrindo o Invisível: A Revolução de Pines no Mundo dos Elétrons
Em 1956, David Pines apresentou uma teoria revolucionária ao prever padrões de ondas elétricas invisíveis dentro de um mar de elétrons. Ele sugeriu que estas ondas poderiam se anular mutuamente, criando um movimento coletivo indetectável, apesar das flutuações individuais. Esse fenômeno, mais tarde conhecido como o “demônio de Pines”, seria extremamente difícil de detectar devido à sua neutralidade elétrica, o que o torna invisível à luz.
Durante décadas, físicos observaram fenômenos semelhantes, mas a forma específica descrita por Pines, que ocorreria naturalmente em elétrons de metais, permaneceu um mistério. Recentemente, uma equipe da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign parece ter descoberto o “demônio de Pines”. Ao aprimorar técnicas para rastrear o movimento dos elétrons nos materiais, eles observaram padrões de ondas periódicas de elétrons que se alinhavam estreitamente com as previsões teóricas de Pines. Esta descoberta foi detalhada em uma edição de agosto da revista Nature.
Piers Coleman, físico teórico da Universidade Rutgers, destacou a importância deste achado, observando que tais padrões de ondas não eram observados há sete décadas. Este experimento recente identificou de forma única essas formas de onda específicas.
A teoria de Pines surgiu em uma época de estudos intensivos sobre elétrons em metais, nos anos 1950. Junto com seu orientador David Bohm em 1952, Pines aprimorou a teoria existente do comportamento dos elétrons em metais ao incorporar interações entre os elétrons, levando à formação de ondas de densidade variável de elétrons. Pines expandiu essa teoria ao imaginar um material com dois tipos de ondas de elétrons que poderiam se neutralizar, mantendo uma carga geral neutra e um campo elétrico constante. Anshul Kogar, físico de matéria condensada, explicou que esse fenômeno permite movimento sem mudança visível.
Pines nomeou as partículas de energia em sua teoria de ondas como “demônios”, em homenagem a James Clerk Maxwell, um físico histórico. A invisibilidade da onda à luz é devida à sua neutralidade elétrica.
Ao longo dos anos, padrões de onda semelhantes foram observados em vários materiais, mas principalmente em sistemas bidimensionais, onde o recurso demoníaco era menos evidente. Observar esse fenômeno em sólidos tridimensionais, como observado por Kogar, é particularmente especial.
A equipe de Urbana-Champaign, liderada por Peter Abbamonte, descobriu inadvertidamente o “demônio de Pines” enquanto desenvolvia um método para detectar movimentos sutis de elétrons em materiais. Eles testaram um supercondutor chamado rutenato de estrôncio, o que levou à inesperada detecção de ondas que se ajustavam ao modelo teórico de Pines. Essas ondas indicavam movimentos sincronizados de elétrons neutralizando o movimento um do outro.
Apesar de pequenas discrepâncias em relação aos cálculos originais de Pines, os resultados da equipe são amplamente aceitos na comunidade científica como uma possível observação do “demônio de Pines”. Sankar Das Sarma, teórico da matéria condensada, reconheceu a meticulosidade da pesquisa.
A descoberta desse fenômeno em metais reais despertou curiosidade sobre seus possíveis efeitos no mundo real, incluindo seu papel potencial na supercondutividade. Embora o impacto exato desses padrões de onda ainda não seja totalmente compreendido, eles adicionam um novo elemento às investigações científicas em andamento.
Essa pesquisa, que culmina uma busca de sete décadas, oferece uma conclusão gratificante para as teorias iniciais sobre gás de elétrons e sugere que os materiais podem conter propriedades vibracionais não descobertas, como refletido nas observações de Husain.
Esta síntese é baseada em um artigo originalmente publicado pela Quanta Magazine, uma publicação independente da Fundação Simons focada em aprimorar o entendimento público da ciência, cobrindo desenvolvimentos e tendências em matemática, ciências físicas e da vida. [Wired]
