p Dois pesquisadores da Harvard University, Aavishkar A. Patel e Subir Sachdev, apresentaram recentemente uma nova teoria de um metal de Planck que poderia lançar luz sobre aspectos até então desconhecidos da física quântica. Seu papel, publicado em Cartas de revisão física , apresenta um modelo de rede de férmions que descreve um metal Planckiano em baixas temperaturas ( T -> 0 ) p Os metais contêm numerosos elétrons, que transportam corrente elétrica. Quando os físicos consideram a resistência elétrica dos metais, eles geralmente percebem isso como surgindo quando o fluxo de elétrons portadores de corrente é interrompido ou degradado devido ao espalhamento de elétrons de impurezas ou da estrutura cristalina do metal.

p "Esta imagem, apresentado por Drude em 1900, dá uma equação para a resistência elétrica em termos de quanto tempo os elétrons passam se movendo livremente entre colisões sucessivas, "Patel disse ao Phys.org." A duração desse intervalo de tempo entre as colisões, chamado de 'tempo de relaxamento, 'ou' tempo de elevação do elétron, 'é tipicamente longo o suficiente na maioria dos metais comuns para que os elétrons sejam definidos como distintos, objetos móveis para um observador microscópico, e a imagem de Drude funciona muito bem. "

p Embora a teoria proposta por Drude seja aplicável a vários metais, existem outros metais que apresentam comportamento diferente, mais notavelmente aqueles produzidos quando supercondutores de alta temperatura são aquecidos acima de sua temperatura de transição supercondutora ou quando a supercondutividade é suprimida pela aplicação de um campo magnético. Nestes metais não convencionais, o tempo de relaxamento aparente é muito curto, especificamente da ordem da constante de Planck dividida pela constante de Boltzmann vezes a temperatura (ou seja, ℏ / ( k _B T )).

p Este fenômeno é conhecido como dissipação de Planck, e esses metais são, conseqüentemente, chamados de metais de Planck. O curto tempo de vida do elétron observado nesses metais sugere que os elétrons individuais não podem mais ser vistos como objetos bem definidos, o que torna sua descrição matematicamente mais desafiadora.

p "O que é realmente surpreendente é que em uma variedade de materiais com diferentes intensidades de interação elétron-elétron (embora todos tenham elétrons com forte interação), o valor numérico do tempo de vida do elétron parece ser muito próximo de exatamente ℏ / ( k _B T ), "Patel explicou." Isso significa que existe uma teoria universal que descreve todos esses 'metais estranhos, 'que continuou a iludir os cientistas até agora. "

p Ciente dessa lacuna na literatura, Patel e Sachdev começaram a desenvolver uma descrição matematicamente precisa da mecânica quântica desses metais estranhos. A principal suposição por trás de seu trabalho era que as interações entre os elétrons não conservam o momento, e que isso normalmente acontece em um sistema com irregularidades microscópicas, conhecido como desordem.

p Estudos anteriores descobriram que todos os materiais que exibem esse 'comportamento estranho de metal' apresentam uma quantidade significativa de desordem. Em seu estudo, Patel e Sachdev consideraram separadamente as interações entre elétrons que conservam energia e as interações entre aqueles que não o fazem.

p "As interações de não conservação de energia 'renormalizam' os elétrons (ou seja, eles mudam sua massa), enquanto as interações de conservação de energia (ou 'ressonantes'), cujos efeitos calculamos exatamente, leva a uma vida útil do elétron de quase exatamente ℏ / (kBT) quando tentamos expressar a resistência elétrica usando a fórmula de Drude, "Patel disse." Além disso, descobrimos que este tempo de vida é independente da força exata das interações elétron-elétron de acordo com observações experimentais. "

p Além de fornecer um modelo matematicamente preciso e solucionável para a dissipação de Planckian, a teoria desenvolvida por Patel e Sachdev descreve uma assinatura única na função espectral do elétron, que é uma quantidade matemática que mede o número de estados quânticos de um único elétron disponíveis em uma determinada energia. Interessantemente, esta assinatura característica pode ser medida em experimentos de fotoemissão.

p "A velocidade dos elétrons que são responsáveis ​​por conduzir a corrente é bastante reduzida a uma quantidade proporcional à temperatura do sistema, "Patel explicou." Isso deve ser visível experimentalmente pela observação da dispersão do pico na função espectral do elétron. "

p Um outro aspecto intrigante da nova teoria proposta pelos pesquisadores é que as funções de onda da mecânica quântica apresentadas nela estão intimamente relacionadas às do modelo Sachdev-Ye-Kitaev, que está conectado à física dos buracos negros. Se suas ideias forem válidas, eles também sugeririam que há conexões físicas profundas entre buracos negros e metais estranhos.

p "A conexão com o modelo Sachdev-Ye-Kitaev destaca a importância do emaranhamento quântico de muitas partículas, "Sachdev disse." Às vezes chamado de 'ação fantasmagórica à distância, 'emaranhamento quântico é talvez a característica mais nova da teoria quântica:a capacidade de criar estados nos quais a observação de uma partícula pode influenciar o estado de todas as outras partículas, mesmo aqueles muito distantes. Nosso trabalho mostra que o sabor do emaranhamento quântico criado pelo modelo Sachdev-Ye-Kitaev está intimamente ligado ao de metais estranhos, e em buracos negros. "

p No futuro, o modelo proposto por Patel e Sachdev pode ter implicações importantes para o campo da física. Na verdade, além de fornecer uma teoria que poderia lançar luz sobre o comportamento dos metais de Planck, seu artigo aponta para uma possível conexão entre esses metais "incomuns" e os buracos negros. Os pesquisadores esperam que seu estudo acabe respondendo a algumas das questões fundamentais associadas às teorias quânticas dos buracos negros, incluindo o paradoxo da informação de Hawking.

p "Agora planejamos examinar como a forma específica exatamente solucionável de interações elétron-elétron que usamos em nossa teoria pode surgir de abordagens convencionais para estudar elétrons desordenados em interação, talvez fazendo algumas suposições não convencionais que podem ser justificadas a posteriori, "Patel disse." Existem também outros materiais de mecânica quântica que são isolantes elétricos (não metais), mas mostram análogos do fenômeno da dissipação Planckiana metálica em suas condutividades térmicas. Seria interessante ver se nossas estratégias poderiam desenvolver teorias viáveis ​​para eles, também, de forma semelhante. " p © 2019 Science X Network