SBF
05/10/2020
Um estudo teórico realizado por José Hoyos, do Instituto de Física de São Carlos (USP), em colaboração com Thomas Vojta, Jack Crewse e Martin Puschmann, da Universidade de Ciência e Tecnologia do Missouri, Estados Unidos, calculou os efeitos de impurezas e imperfeições nos modos de vibração coletivos na escala atômica de certos materiais a baixas temperaturas quando estão prestes a se transformarem em magnetos ou superfluidos. Os físicos sabem que propriedades emergentes como a magnetização e a superfluidez surgem de transições de fase quânticas, quase sempre acompanhadas de vibrações da matéria conhecidas como modos coletivos de Higgs e de Goldstone. Não estava claro, porém, como a desordem causada por pequenos defeitos transformava o comportamento desses modos coletivos. Ao contrário do que as primeiras evidências sugeriam, o estudo publicado em julho na Physical Review Letters mostrou que a desordem não elimina essas vibrações.
Ao invés de atenuar os modos coletivos como se pensava, os cálculos de Hoyos e seus colegas mostraram que a desordem tende a concentrar a maioria dos modos coletivos em regiões do espaço, um fenômeno conhecido como localização Anderson. Todos os modos de Higgs são localizados no espaço, assim como praticamente todos os modos de Goldstone, exceto o de menor energia do sistema.
“Nosso trabalho abre diversas novas perguntas”, afirma Hoyos. “Como analisamos uma transição de fase bidimensional, qual o papel da dimensão na localização desses modos normais? E como o modo de Goldstone de energia zero desafia a localização de Anderson? Como acontece a transição de localização desse modo de Goldstone quando a aumentamos a energia?”
Como Hoyos explica no vídeo, modos coletivos são modos de vibração da matéria relacionados a uma transição de fase. Em uma transição de fase magnética, por exemplo, uma propriedade emergente aparece em baixas temperaturas: a magnetização. Os momentos magnéticos vibram coletivamente de maneira sincronizada, causando flutuações na magnitude e na direção de magnetização. Os modos normais associados à flutuação da direção da magnetização são chamados modos normais de fase ou modos de Goldstone. Os modos normais que causam flutuações na amplitude da magnetização são chamados modos de amplitude ou modos de Higgs. Em uma transição de fase superfluida, o modo de Goldstone está associado à flutuações da fase da função de onda macroscópica do superfluido e os modos de amplitudes estão associados à variação da densidade superfluida.
Esses modos normais possuem uma energia e um momento bem definidos e são observados em laboratório por meio de técnicas de espectroscopia, podendo ser visualizados como se fossem partículas. Assim, os conceitos de modos coletivos vão além da área de matéria condensada, com consequências relevantes para o Modelo Padrão da física de partículas elementares.
O trabalho contou com apoio financeiro da FAPESP e do CNPq.
Artigo científico
Collective Modes at a Disordered Quantum Phase Transition
Martin Puschmann, Jack Crewse, José A. Hoyos e Thomas Vojta
Phys. Rev. Lett. 125, 027002 – 10 de julho de 2020
ArXiv:1911.04452
Como citar esta notícia: SBF. Vibrações da matéria sobrevivem a transições de fases desordenadas. Saense. https://saense.com.br/2020/10/vibracoes-da-materia-sobrevivem-a-transicoes-de-fases-desordenadas/. Publicado em 05 de outubro (2020).
