Nem tudo precisa ser visto para crer; certas coisas são mais facilmente ouvidas, como um trem se aproximando de sua estação. Em um artigo recente, publicado em Physical Review Letters , os pesquisadores colocaram seus ouvidos no trilho, descobrindo uma nova propriedade de dispersão de amplitudes com base em seu estudo de ondas sonoras através de matéria sólida.
Seja luz ou som, os físicos consideram a probabilidade de interações de partículas (sim, o som pode se comportar como uma partícula) em termos de curvas de probabilidade ou amplitudes de dispersão. É um conhecimento comum que quando o momento ou energia de uma das partículas espalhadas vai para zero, as amplitudes de espalhamento devem sempre ser dimensionadas com potências inteiras de momento (ou seja, p ¹ , p ² , p ³ , etc). O que a equipe de pesquisa descobriu, no entanto, foi que a amplitude pode ser proporcional a uma potência fracionária (ou seja, p ^1/2 , p ^1/3 , p ^1/4 , etc).

Por que isso importa? Embora as teorias de campo quântico, como o Modelo Padrão, permitam que os pesquisadores façam previsões sobre interações de partículas com extrema precisão, ainda é possível melhorar os fundamentos atuais da física fundamental. Quando um novo comportamento é demonstrado – como o escalonamento de poder fracionário – os cientistas têm a oportunidade de revisitar ou revisar as teorias existentes.

Este trabalho, conduzido por Angelo Esposito (Instituto de Estudos Avançados), Tomáš Brauner (Universidade de Stavanger) e Riccardo Penco (Universidade Carnegie Mellon), considera especificamente as interações de ondas sonoras em sólidos. Para visualizar este conceito, imagine um bloco de madeira com alto-falantes colocados em ambas as extremidades. Uma vez que os alto-falantes são ligados, duas ondas sonoras – fônons – se encontram e se espalham, semelhantes a colisões em um acelerador de partículas. Quando um alto-falante é ajustado a um certo limite, de modo que o momento do fônon seja zero, a amplitude resultante pode ser proporcional a uma potência fracionária. Esse comportamento de escala, explica a equipe, provavelmente não se limita a fônons em sólidos, e seu reconhecimento pode ajudar no estudo de amplitudes de espalhamento em muitos contextos diferentes, da física de partículas à cosmologia.

"As propriedades detalhadas das amplitudes de espalhamento foram recentemente estudadas com muito vigor", afirmou Esposito. “O objetivo deste amplo programa é classificar possíveis padrões de comportamento de amplitudes de dispersão, para tornar alguns de nossos cálculos mais eficientes e mais ambiciosos, para construir novos fundamentos da teoria quântica de campos”.

Os diagramas de Feynman têm sido uma ferramenta indispensável dos físicos de partículas, mas eles vêm com certas limitações. Por exemplo, cálculos de alta precisão podem exigir que dezenas de milhares de diagramas de Feynman sejam inseridos em um computador para descrever as interações das partículas. Ao obter uma melhor compreensão das amplitudes de espalhamento, os pesquisadores podem identificar mais facilmente o comportamento das partículas em vez de confiar na abordagem de cima para baixo dos diagramas de Feynman, aumentando assim a eficiência dos cálculos.

“O presente trabalho revela uma reviravolta na história, mostrando que a física da matéria condensada exibe uma fenomenologia muito mais rica de amplitudes de dispersão do que o que era visto anteriormente na física fundamental e relativística”, acrescentou Esposito. "A descoberta da escala de potência fracionária convida a mais trabalhos sobre a dispersão de amplitudes de oscilações coletivas da matéria, colocando os sólidos no foco." + Explorar mais

Forjando novos caminhos na física de partículas