Na física, O confinamento de partículas é um fenômeno tão importante que o Clay Mathematics Institute chegou a prometer um prêmio de um milhão de dólares a qualquer pessoa que puder dar uma explicação científica convincente e exaustiva do ponto de vista matemático. Por exemplo, os quarks são confinados em pares ou três pela interação forte - a força que mantém os núcleos dos átomos juntos - formando nêutrons e prótons. Um estudo recente da SISSA adiciona um novo capítulo ao que sabemos sobre o confinamento. Usando um método relativamente simples, foi mostrado como determinar se, em um sistema com características ferromagnéticas, as "partículas" emergentes estão sujeitas a confinamento. O estudo foi publicado em Física da Natureza .

A interação forte é uma das quatro forças fundamentais da física, o mais intenso deles é o que mantém unido o núcleo de um átomo. “Podemos dizer que esta força é a nossa razão de ser, já que sem ele nenhum dos elementos que nos constituem existiriam, "brinca Pasquale Calabrese, Físico teórico da International School for Advanced Studies (SISSA) em Trieste, quem coordenou o novo estudo. Essa forte interação faz com que os quarks permaneçam "confinados" de forma que é impossível observá-los isolados em condições normais na natureza. "É como se essas partículas fundamentais fossem unidas por molas:quanto mais você as separa, quanto mais eles tentam se aproximar um do outro, "diz Calabrese." Na verdade, este fenômeno não existe apenas para partículas elementares, como no exemplo dos quarks, mas também em modelos de física estatística e matéria condensada, que foram o objeto do estudo que conduzimos em colaboração com a Universidade de Budapeste. "

Em sua pesquisa, Calabrese e colegas, incluindo o pesquisador da SISSA Mario Collura, formulou uma previsão para o comportamento de um sistema ferromagnético desviado de seu equilíbrio termodinâmico. "Até agora esses sistemas foram investigados em um estado de equilíbrio, mas não sabíamos o que aconteceria se nos afastássemos dela ", diz o cientista.

O sistema estudado por Calabrese é uma "cadeia de spin" em estado ferromagnético. O "spin" é como um ímã microscópico e pode ser representado por uma seta. Quando os spins em um material estão alinhados (ou seja, todas as setas apontam na mesma direção) o material está em um estado ferromagnético, ou, um ímã macroscópico.

Manchas que se espalham, cones e frascos

"Pela simplicidade, podemos imaginar o sistema em equilíbrio como um grande número de setas apontando todas na mesma direção. Quando isso é perturbado, aplicando um campo magnético, por exemplo, algumas flechas irão girar. Neste caso, dizemos que 'partículas' são criadas, "diz Calabrese." Em um sistema normal sem confinamento, essas áreas com setas invertidas tendem a se expandir espacialmente de forma indefinida, um pouco como uma mancha de vinho tinto em uma toalha de papel. O gráfico que mostra essa expansão espacial no tempo é um cone, tecnicamente chamado de 'cone de luz'. "

Se as partículas do sistema estiverem confinadas, Contudo, então as coisas são diferentes. "Na realidade, o que chamamos de partículas neste caso são as paredes que delimitam as áreas com setas invertidas, as bordas das 'manchas'. Quanto mais eles se afastam, mais eles são atraídos um pelo outro. Isso significa que a mancha não se expandirá como faria no sistema normal, mas sim, depois de um certo tempo, começar a se contrair. "O gráfico, neste caso, não é mais um cone." Parece mais um frasco, que se alarga no início e depois se estreita novamente. "

"Se no sistema, seja virtual ou real, o gráfico que representa as 'correlações' (as setas na mesma direção) assume a forma de um frasco em vez de um cone, então sabemos que as partículas estão confinadas. Isso torna mais fácil verificar a presença de confinamento, "diz Calabrese.

O estudo de Calabrese e colegas é totalmente teórico, tornando-se quase uma exceção para um periódico que normalmente publica pesquisas experimentais ou teóricas / experimentais. "Isso nos leva a pensar que o modelo que propusemos foi considerado promissor para a pesquisa nesta área, incluindo estudos experimentais. Em muitos casos, é difícil detectar o confinamento. Desta maneira, para esses materiais, é muito mais simples. Estamos trabalhando muito para garantir que esse fenômeno possa ser observado experimentalmente em um futuro próximo. "