Mesmo se você não fosse um estudante de física, você provavelmente já ouviu algo sobre o bóson de Higgs.

Havia o título de um livro de 1993 do prêmio Nobel Leon Lederman que apelidou o Higgs de "A partícula de Deus". Houve a busca pela partícula de Higgs que foi lançada após as primeiras colisões de 2009 dentro do Grande Colisor de Hádrons na Europa. Houve o anúncio de 2013 de que Peter Higgs e François Englert ganharam o Prêmio Nobel de Física por teorizar independentemente em 1964 que uma partícula fundamental - o Higgs - é a fonte de massa nas partículas subatômicas, tornando o universo como o conhecemos possível.

(Mais, há os físicos da Iowa State University na lista de autores de um artigo de pesquisa de 2012 que descreve como o Experimento ATLAS no colisor observou uma nova partícula posteriormente confirmada como sendo o Higgs.)

E agora Jigang Wang, um professor de física e astronomia no estado de Iowa e um cientista sênior do Laboratório Ames do Departamento de Energia dos EUA, e uma equipe de pesquisadores descobriu uma forma da famosa partícula dentro de um supercondutor, um material capaz de conduzir eletricidade sem resistência, geralmente em temperaturas muito frias.

Wang e seus colaboradores, incluindo Chang-Beom Eom, a Cátedra Raymond R. Holton de Engenharia e o Professor Theodore H. Geballe da Universidade de Wisconsin-Madison; Ilias Perakis, professor e catedrático de física da Universidade do Alabama em Birmingham; e Eric Hellstrom, professor e presidente interino de engenharia mecânica da Florida State University - relatar os detalhes em um artigo publicado recentemente online pela revista Nature Communications .

Eles escreveram que em experimentos de laboratório encontraram um "modo de Higgs" de curta duração dentro de um baseado em ferro, alta temperatura (mas ainda muito fria), banda multi-energia, supercondutores não convencionais.

Uma descoberta quântica

Este modo de Higgs é um estado da matéria encontrado na escala quântica dos átomos, seus estados eletrônicos e excitações energéticas. O modo pode ser acessado e controlado por luz laser piscando no supercondutor em frequências terahertz de trilhões de pulsos por segundo. Os modos de Higgs podem ser criados em diferentes faixas de energia e ainda interagir uns com os outros.

Wang disse que este modo de Higgs dentro de um supercondutor poderia ser usado para desenvolver novos sensores quânticos.

"É como se o Grande Colisor de Hádrons pudesse usar a partícula de Higgs para detectar energia escura ou antimatéria para nos ajudar a entender a origem do universo, "Wang disse." E nossos sensores de modo Higgs na mesa têm o potencial de nos ajudar a descobrir os segredos ocultos dos estados quânticos da matéria. "

Esse entendimento, Wang disse, poderia avançar uma nova "revolução quântica" para computação de alta velocidade e tecnologias da informação.

"É uma maneira tão exótica, estranho, mundo quântico pode ser aplicado à vida real, "Disse Wang.

Controle de luz de supercondutores

O projeto tem uma abordagem em três frentes para acessar e compreender as propriedades especiais, como este modo de Higgs, escondido dentro de supercondutores:

O grupo de pesquisa de Wang usa uma ferramenta chamada espectroscopia quântica terahertz para visualizar e orientar pares de elétrons que se movem através de um supercondutor. A ferramenta usa flashes de laser como um botão de controle para acelerar supercorrentes e acessar novos e potencialmente úteis estados quânticos da matéria.

O grupo de Eom desenvolveu a técnica de síntese que produz filmes finos cristalinos do supercondutor à base de ferro com qualidade alta o suficiente para revelar o modo de Higgs. O grupo de Hellstrom desenvolveu fontes de deposição para o desenvolvimento de filme fino supercondutor à base de ferro.

O grupo de Perakis liderou o desenvolvimento de modelos e teorias quânticas para explicar os resultados dos experimentos e simular as características salientes que vêm do modo de Higgs.

O trabalho foi financiado por uma bolsa para Wang da National Science Foundation e bolsas para Eom e Perakis do Departamento de Energia dos EUA.

"A ciência interdisciplinar é a chave aqui, "Perakis disse." Temos física quântica, ciência e engenharia de materiais, Física de matéria condensada, lasers e fotônicos com inspirações fundamentais, alta energia e física de partículas. "

Existem bons, razões práticas para que pesquisadores de todas essas áreas trabalhem juntos no projeto. Nesse caso, alunos dos quatro grupos de pesquisa trabalharam junto com seus orientadores para realizar essa descoberta.

"Cientistas e engenheiros, "Wang escreveu em um resumo de pesquisa, "perceberam recentemente que certos materiais, como supercondutores, têm propriedades que podem ser exploradas para aplicações em informação quântica e ciência da energia, por exemplo., em processamento, gravação, armazenamento e comunicação. "