Imagine um copo de cerveja. Observe as bolhas subirem.
Eles se parecem com pequenas esferas. Eles têm forma. Eles têm tamanho. Eles até se chocam e saltam. Mas olhe mais de perto. Uma bolha não é realmente uma coisa. É um buraco. É um espaço vazio onde a cerveja deveria estar, afastada pelo dióxido de carbono. A bolha é uma perturbação no líquido. No entanto, para todos os efeitos, ele atua como um objeto.
Esta é a ideia central por trás de uma quasipartícula.
Na física, a matéria não é apenas uma coleção de tijolos sólidos. É um meio. Uma sopa densa e interativa de campos e forças. Quando você perturba aquela sopa, a perturbação pode se comportar como uma partícula. Ele carrega energia. Ele carrega impulso. Tem um tamanho definido. Não precisa ser um bloco de construção fundamental como um elétron ou um quark para agir como tal.
A ilusão da individualidade
A analogia da bolha da cerveja é grosseira, mas funciona. A bolha mantém sua identidade à medida que se move através do líquido. Ele interage com outras bolhas. Ele flutua. Uma quasipartícula faz a mesma coisa dentro de um material.
Pegue o fônon. Não é uma partícula que você possa segurar. É uma vibração quantizada viajando através de uma rede cristalina. Quando o calor se move através de um diamante, não são átomos voando. São fônons. A rede é o meio. A vibração é a quasipartícula. Ele carrega energia térmica. Tem impulso. Ele pode colidir com elétrons.
Depois, há o exciton. Isso acontece em semicondutores. Um elétron salta para um nível de energia mais alto, deixando para trás um “buraco”. O elétron e o buraco são atraídos um pelo outro. Eles orbitam um ao outro. Juntos, eles formam um estado vinculado. Esse estado ligado é uma quasipartícula. Ele se move através do material. Ele transporta energia sem transportar carga líquida. É crucial para o funcionamento das células solares.
Outros exemplos incluem o magnon, uma onda de spin em materiais magnéticos, e o polaron, um elétron que arrasta consigo uma nuvem de distorção de rede à medida que se move.
Por que os físicos se importam
Você pode perguntar: por que chamá-los de partículas? Por que não falar apenas sobre ondas complexas num meio?
Porque a matemática fica impossível de outra forma. Tentar calcular o comportamento de cada átomo de um sólido, interagindo com todos os outros átomos por meio de campos elétricos, é um pesadelo. É computacionalmente intratável.
Mas se tratarmos o comportamento coletivo como um punhado de quasipartículas, o problema se tornará administrável. Você pode calcular colisões. Você pode prever a condutividade. Você pode projetar chips melhores. Quasipartículas são uma ferramenta. Uma forma de simplificar o caos da física de muitos corpos em algo que possamos realmente modelar.
A implicação radical
Isso nos leva à parte perturbadora.
Geralmente pensamos nas partículas fundamentais – elétrons, fótons, quarks – como a substância real. A base da realidade. Quasipartículas são apenas aproximações. Fenômenos emergentes.
Mas e se estivermos errados?
Existe uma ideia persistente e marginal na física teórica de que mesmo as partículas fundamentais podem ser quasipartículas. E se o próprio universo for um meio? Um campo quântico, talvez. E se um elétron for apenas uma perturbação estável e localizada nesse
