Cientistas iniciam busca pela quarta propriedade do elétron

Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/08/2010

Cientistas criaram um novo material que permitirá a medição de um elusivo dipolo elétrico do elétron, necessário para dar sustentação a teorias sobre a criação do Universo.
[Imagem: Forschungszentrum Juelich]

Propriedades dos elétrons

Elétrons são partículas elementares com carga negativa que giram em torno do núcleo, formando as "camadas" externas dos átomos e dos íons.

Essa informação, ou algo muito semelhante, está na maioria dos livros-texto e você deve sabê-la de cor se quiser sair-se bem no vestibular ou exame do Enem.

Mas, muito brevemente, essa lição básica de física poderá exigir uma complementação.

E não será apenas isso. Ao contrário de experimentos gigantescos, como o LHC, um pequeno pedaço de cerâmica, que permite estudar os elétrons em detalhes, poderá explicar porque há muito mais matéria do que antimatéria no Universo.

Dipolo elétrico do elétron

Muitos físicos acreditam que os elétrons têm um momento de dipolo elétrico permanente.

Como os pólos magnéticos norte e sul de um ímã, existem também dois pólos elétricos.

Um momento de dipolo elétrico geralmente é criado quando cargas positivas e negativas são separadas espacialmente.

No caso dos elétrons, a situação é muito mais complicada porque os elétrons não deveriam ter realmente qualquer dimensão espacial.

Matéria e antimatéria

Apesar disso, muitas teorias físicas vão além do Modelo Padrão da física de partículas elementares e de fato baseiam-se na existência de um momento de dipolo.

E não são teorias quaisquer, são teorias que tentam explicar como o Universo foi criado.

Segundo as teorias mais aceitas atualmente, há cerca de 13,7 bilhões de anos, o Big Bang teria criado quantidades iguais de matéria e de antimatéria.

Mas matéria e antimatéria destroem-se mutuamente. Logo, nada deveria ter permanecido. Na realidade, porém, criou-se muito mais matéria do que antimatéria.

Um momento de dipolo elétrico do elétron poderia explicar este desequilíbrio.

Titanato de bário-európio

Até agora, porém, ninguém conseguiu provas da existência deste suposto momento de dipolo, eventualmente porque as técnicas atuais simplesmente não são sensíveis o suficiente.

Mas um pequeno pedaço de cerâmica está para mudar toda essa história. Marjana Lezaic e Konstantin Rushchanskii, da Universidade da Califórnia em Santa Barbara, nos Estados Unidos, projetaram essa cerâmica simulando o comportamento quântico dos átomos em um supercomputador.

A cerâmica é o titanato de bário-európio, que tem algumas propriedades muito especiais, permitindo a realização de medições 10 vezes mais sensíveis do que foi feito até hoje. "Isto deverá ser suficiente para localizar o momento de dipolo elétrico do elétron," afirmam os físicos.

A ideia é usar um magnetômetro SQUID, o sensor magnético mais sensível já construído, para medir a magnetização do pedaço de cerâmica quando ele for submetido a um campo elétrico.

Paralelo e antiparalelo

Como um momento elétrico não pode ser medido diretamente, os cientistas esperam demonstrar uma mudança na magnetização quando o campo elétrico é invertido. Isto seria um indício da existência do elusivo momento do dipolo elétrico.

Se o campo elétrico for invertido, os momentos de dipolo dos elétrons serão revertidos, levando, consequentemente, a uma mudança simultânea mensurável na magnetização.
[Imagem: Rushchanskii et al./Nature Materials]

Em um elétron, um dipolo elétrico só pode ser orientado paralelamente ou antiparalelamente ao spin do elétron. Em um campo elétrico, a maioria dos elétrons são orientados de tal forma que seu momento dipolo é paralelo ao campo. Poucos são orientados na outra direção.

Isso deve levar a uma magnetização mensurável. Se o campo elétrico for invertido, os momentos de dipolo dos elétrons serão revertidos, levando, consequentemente, a uma mudança simultânea mensurável na magnetização.

Se não existir um momento de dipolo elétrico, a magnetização deverá permanecer inalterada.

Efeitos indesejados

Uma equipe da Universidade de Praga, na República Tcheca, já sintetizou e caracterizou o material em laboratório, confirmando as propriedades calculadas pelos colegas norte-americanos.

Mas o cobiçado momento de medir o dipolo do elétron ainda não chegou. "Efeitos indesejados ainda estão inibindo as medições," conta Lezaic, sem esconder a decepção. "Mas estamos trabalhando intensamente na melhoria do material."

Bibliografia:

Artigo: A multiferroic material to search for the permanent electric dipole moment of the electron
Autores: K. Z. Rushchanskii, S. Kamba, V. Goian, P. Vanek, M. Savinov, J. Prokleska, D. Nuzhnyy, K. Knízek, F. Laufek, S. Eckel, S. K. Lamoreaux, A. O. Sushkov, M. Lezaic, N. A. Spaldin
Revista: Nature Materials
Data: July 2010
Vol.: 9, Pages: 649-654
DOI: 10.1038/NMAT2799

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