Novo tipo de simetria descoberta na natureza
A simetria estabelece todas as leis naturais do universo físico. Crédito: Integralpraxis
Cientistas da Universidade de Pensilvânia, nos Estados Unidos, verificaram um novo tipo de simetria na estrutura dos materiais naturais.
A descoberta expande enormemente as possibilidades de confirmação e sintetização de novos materiais com propriedades ajustadas conforme a necessidade. A nova simetria oferece uma forma revolucionária de entendimento da estrutura das proteínas, polímeros, minerais e materiais sintéticos, ou metamateriais.
Para se ter uma idéia da importância da descoberta, não é exagero afirmar que a simetria estabelece todas as leis naturais do universo físico. Até agora, os cientistas conheciam cinco tipos de simetria, que são usadas como uma espécie de ferramenta para descrever a estrutura dos chamados materiais cristalinos, cuja estrutura segue padrões ordenados.
Quatro tipos de simetrias são conhecidas há milhares de anos - chamadas rotação, inversão, rotação-inversão e translação. Um quinto tipo foi descoberto há cerca de 60 anos, chamado reversão temporal. Agora, Venkatraman Gopalan e seus colegas acrescentaram um sexto tipo a esta lista, que foi batizada de rotação reversa.
Assim, o número de formas conhecidas nas quais os componentes dos materiais cristalinos podem se organizar saltou de 1.651 para 17.800. "Nós combinamos matematicamente a nova simetria de rotação reversa com as cinco conhecidas e agora sabemos que os grupos simétricos podem se formar nos materiais cristalinos em um número de combinações muito maior", explicou Daniel Litvin, co-autor do trabalho.
Aplicações práticas
A descoberta vai facilitar o entendimento da estrutura de muitas moléculas biológicas, que são classificadas como "destras" e "canhotas" - isso inclui o DNA, os açúcares e as proteínas. "Nós descobrimos que a simetria de rotação reversa também existe em pares de estruturas, onde os componentes parceiros se inclinam um na direção do outro, então um para longe do outro, em padrões emparelhados simetricamente ao longo do material", contou Gopalan.
Os pesquisadores afirmam que é possível que componentes com simetria de rotação reversa possam ser estruturados para funcionar como chaves liga/desliga para uma grande variedade de novas aplicações. "Por exemplo, o objetivo de desenvolver um material ferroelétrico exige um material no qual coexistam os dipolos elétricos e os momentos magnéticos - ou seja, um material que permita o controle elétrico do magnetismo, algo que seria muito útil", afirmou Gopalan.
Tais materiais se tornam mais factíveis agora que os cientistas sabem que as possibilidades de arranjo da estrutura atômica são muito maiores do que se previa anteriormente, o que permite vislumbrar a existência, ou a possibilidade de sintetização, de materiais com combinações incomuns de propriedades. Os cristais de quartzo, por exemplo, usados em relógios de pulso, poderão ter propriedades ópticas ainda nem sequer imaginadas, com igualmente inimagináveis possibilidades de aplicação.
Ao contrário dos outros tipos de simetria, a rotação reversa não age sobre toda a estrutura do material de uma só vez, mas em componentes isolados. O tipo mais simples - a simetria de rotação - é bem óbvia. Imagine um quadrado sendo girado ao redor de seu ponto central. O quadrado mostra sua característica simétrica ao conservar a mesma aparência durante a rotação, a 90, 180, 270 e 360º.
Os cientistas afirmam que a nova simetria também é óbvia, desde que você saiba para onde olhar e que preste atenção em formatos espirais. Da mesma forma que um quadrado tem a qualidade da simetria de rotação mesmo quando não está sendo girado, um formato espiral tem a qualidade da simetria de rotação reversa mesmo quando não está sendo fisicamente forçado a girar na direção reversa.
Para se ter uma idéia da importância da descoberta, não é exagero afirmar que a simetria estabelece todas as leis naturais do universo físico. Até agora, os cientistas conheciam cinco tipos de simetria, que são usadas como uma espécie de ferramenta para descrever a estrutura dos chamados materiais cristalinos, cuja estrutura segue padrões ordenados.
Quatro tipos de simetrias são conhecidas há milhares de anos - chamadas rotação, inversão, rotação-inversão e translação. Um quinto tipo foi descoberto há cerca de 60 anos, chamado reversão temporal. Agora, Venkatraman Gopalan e seus colegas acrescentaram um sexto tipo a esta lista, que foi batizada de rotação reversa.
Assim, o número de formas conhecidas nas quais os componentes dos materiais cristalinos podem se organizar saltou de 1.651 para 17.800. "Nós combinamos matematicamente a nova simetria de rotação reversa com as cinco conhecidas e agora sabemos que os grupos simétricos podem se formar nos materiais cristalinos em um número de combinações muito maior", explicou Daniel Litvin, co-autor do trabalho.
Aplicações práticas
A descoberta vai facilitar o entendimento da estrutura de muitas moléculas biológicas, que são classificadas como "destras" e "canhotas" - isso inclui o DNA, os açúcares e as proteínas. "Nós descobrimos que a simetria de rotação reversa também existe em pares de estruturas, onde os componentes parceiros se inclinam um na direção do outro, então um para longe do outro, em padrões emparelhados simetricamente ao longo do material", contou Gopalan.
Os pesquisadores afirmam que é possível que componentes com simetria de rotação reversa possam ser estruturados para funcionar como chaves liga/desliga para uma grande variedade de novas aplicações. "Por exemplo, o objetivo de desenvolver um material ferroelétrico exige um material no qual coexistam os dipolos elétricos e os momentos magnéticos - ou seja, um material que permita o controle elétrico do magnetismo, algo que seria muito útil", afirmou Gopalan.
Tais materiais se tornam mais factíveis agora que os cientistas sabem que as possibilidades de arranjo da estrutura atômica são muito maiores do que se previa anteriormente, o que permite vislumbrar a existência, ou a possibilidade de sintetização, de materiais com combinações incomuns de propriedades. Os cristais de quartzo, por exemplo, usados em relógios de pulso, poderão ter propriedades ópticas ainda nem sequer imaginadas, com igualmente inimagináveis possibilidades de aplicação.
Ao contrário dos outros tipos de simetria, a rotação reversa não age sobre toda a estrutura do material de uma só vez, mas em componentes isolados. O tipo mais simples - a simetria de rotação - é bem óbvia. Imagine um quadrado sendo girado ao redor de seu ponto central. O quadrado mostra sua característica simétrica ao conservar a mesma aparência durante a rotação, a 90, 180, 270 e 360º.
Os cientistas afirmam que a nova simetria também é óbvia, desde que você saiba para onde olhar e que preste atenção em formatos espirais. Da mesma forma que um quadrado tem a qualidade da simetria de rotação mesmo quando não está sendo girado, um formato espiral tem a qualidade da simetria de rotação reversa mesmo quando não está sendo fisicamente forçado a girar na direção reversa.
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