Uma experiência confirmou que os spinons, partícula-como excitações magnéticas, podem ser limitados em um isolador magnético similar à maneira que os quarks elementares são limitados dentro dos protão e dos nêutrons individuais. Encontrar, em um sistema magnético bem-descrito, pode oferecer maneiras novas de explorar o Quantum Chromodynamics, a teoria que descreve as interacções fundamentais dos quarks.
As observações do confinamento do spinon foram feitas no Laboratório de Appleton do Rutherford dos Conselhos das Facilidades da Ciência e da Tecnologia no Reino Unido por uma equipe internacional dos físicos. A equipe realizou serendipitously que uma teoria desenvolveu 12 anos mais adiantado pelo físico teórico Alexei Tsevelik, agora no Ministério de E.U. do Laboratório Nacional do Brookhaven da Energia, e os colaboradores previram exactamente os resultados actuais. Junto, os cientistas descrevem a teoria e suas observações novas na introdução do 29 de novembro da Física da Natureza.
“O conceito do confinamento é uma das ideias centrais na física moderna, estando no núcleo da teoria de forças nucleares,” Tsvelik disse. “Em determinados sistemas, quando as partículas constitutivas são limitadas junto por uma interacção cuja a força aumente com separação crescente da partícula, as partículas individuais não podem existir em um estado livre e não podem conseqüentemente ser observadas somente indirectamente.”
O exemplo o mais famoso do confinamento é dos quarks que são mantidos unidos nos protão e nos nêutrons, por exemplo, pela grande força, uma força que cresça mais forte com distância crescente.
“Foi interessante para nós que que uma situação similar do confinamento pode ser modelada em sistemas condensados da matéria,” Tsvelik disse. “Em vez dos quarks que estão sendo limitados nos protão e nos nêutrons, nós temos outras entidades do quantum que actuam apenas como partículas -- as excitações elementares de sistemas magnéticos chamaram spinons.”
No caso da experiência actual, os spinons existem nas correntes paralelas do cobre-óxido separadas pelo cálcio inerte. Spinons em correntes individuais não é limitado, mas assim que duas correntes forem reunidas para formar escada-como o regime, as interacções da inter-escada limita os spinons.
“Isto é, os spinons podem aparecer agora somente em pares e não podem voar longe de se demasiado distante,” Tsvelik disse. “O resultado deste confinamento é uma partícula que nós chamamos um magnon. É como dois quarks que emparelham até o formulário um mesão.”
O papel original da teoria publicou por Tsvelik e os colaboradores 12 anos há descreveram o espectro magnético da excitação de tal sistema em detalhe. A equipe que executa as experiências no Rutherford observou uma assinatura que coubesse essa descrição.
“Agora que nós temos um exemplo do confinamento em um sistema condensado da matéria, nosso passo seguinte é verificar umas previsões mais adicionais da teoria para certificar-se que não há nenhuma surpresa desagradável,” Tsvelik disse. Os cientistas igualmente medirão as respostas em outros compostos para ver se observam efeitos similares.