Detectado sinal que se comporta como um grviton, a to procurada partcula da gravidade - Informação & Entretenimento

Detectado sinal que se comporta como um grviton, a to procurada partcula da gravidade

Espao

Redação do Site Inovação Tecnológica – 02/04/2024

O anlogo do grviton no foi encontrado no espao, mas em um sistema quntico de estado slido.
[Imagem: Jiehui Liang et al. – 10.1038/s41586-024-07201-w]

Grviton

Fsicos obtiveram o primeiro indcio experimental que pode ser interpretado como a mais procurada de todas as partculas do Universo, o grviton.

O sinal, que os fsicos chamam de excitao coletiva com spin, foi gerado por “entidades” chamadas modos grvitons quirais. E um modo grviton quiral parece ser semelhante a um grviton, uma partcula elementar ainda a ser descoberta e que, segundo algumas teorias, d origem gravidade, uma das foras fundamentais do Universo, cuja causa permanece misteriosa.

Parece tudo incerto demais – e – mas a possibilidade de estudar partculas semelhantes ao grviton em laboratrio pode ajudar a preencher lacunas crticas entre a mecnica quntica e as teorias da relatividade de Einstein, resolvendo um grande dilema na fsica e expandindo a nossa compreenso do Universo.

A equipe descobriu a excitao – um pico nos dados – em um tipo de matria condensada chamada lquido de efeito Hall quntico fracionrio (FQHE). Os lquidos FQHE so um sistema no qual os eltrons interagem fortemente; apesar do seu nome, o material um semicondutor bidimensional sujeito a altos campos magnticos e baixas temperaturas. Esses lquidos podem ser descritos usando a geometria quntica, dando origem a conceitos matemticos que se aplicam s minsculas distncias fsicas nas quais a mecnica quntica influencia os fenmenos fsicos.

As teorias j indicavam que os modos grvitons quirais poderiam emergir nos FQHEs quando esses so atingidos pela luz, mas at agora ningum havia conseguido bolar um experimento capaz de demonstrar isto experimentalmente.

“Nosso experimento marca a primeira comprovao experimental deste conceito de grvitons, postulado por trabalhos pioneiros em gravidade quntica desde a dcada de 1930, em um sistema de matria condensada,” disse Lingjie Du, da Universidade de Colmbia, nos EUA.

Detectado sinal que se comporta como um gr

Descrio do experimento.
[Imagem: Jiehui Liang et al. – 10.1038/s41586-024-07201-w]

Anlogo de grviton

Uma das tcnicas mais usadas para estudar fases qunticas em sistemas de estado slido chamada de espalhamento inelstico ressonante de baixa temperatura, que mede como as partculas de luz, ou ftons, se espalham quando atingem um material – o modo como se d esse espalhamento revela as propriedades subjacentes do material.

A equipe adaptou essa tcnica para usar luz polarizada circularmente, na qual os ftons tm um spin especfico. Quando os ftons polarizados interagem com uma partcula como um modo grviton quiral, que tambm gira, o sinal do spin dos ftons muda de uma forma mais forte do que se eles estivessem interagindo com outros tipos de modos.

Depois de gastar trs anos construindo um laboratrio para permitir a realizao desse experimento indito, a equipe observou propriedades fsicas consistentes com aquelas previstas pela geometria quntica para os modos grvitons quirais, incluindo sua natureza de spin-2, lacunas de energia caractersticas entre seus estados fundamental e excitado e dependncia dos chamados fatores de preenchimento, que relacionam o nmero de eltrons no sistema ao seu campo magntico.

E, prev a teoria, todas essas caractersticas so tambm tpicas dos grvitons, partculas ainda no descobertas que se prev serem as portadoras da fora da gravidade. E, como so to parecidos, os modos grvitons quirais podem funcionar como um anlogo dos grvitons – os grvitons propriamente ditos seriam o resultado de flutuaes mtricas quantizadas, nas quais a estrutura do espao-tempo puxada e esticada aleatoriamente em diferentes direes.

Detectado sinal que se comporta como um gr

Estudar outros fenmenos

Embora a “partcula” seja apenas um anlogo do grviton, a teoria por trs dos resultados da equipe pode conectar dois subcampos da fsica: A fsica de altas energias, que opera nas maiores escalas do Universo, e a fsica da matria condensada, que estuda os materiais e as interaes atmicas e eletrnicas.

A equipe agora pretende trabalhar com energias mais altas e usar outros materiais qunticos onde a geometria quntica prev a emergncia de propriedades devido a excitaes coletivas, como acontece nos supercondutores, por exemplo.

“Por muito tempo, houve esse mistrio sobre como os modos coletivos de comprimento de onda longo, como os modos grvitons quirais, poderiam ser investigados em experimentos. Fornecemos evidncias experimentais que apoiam as previses da geometria quntica,” disse Liu.

Bibliografia:

Artigo: Evidence for chiral graviton modes in fractional quantum Hall liquids
Autores: Jiehui Liang, Ziyu Liu, Zihao Yang, Yuelei Huang, Ursula Wurstbauer, Cory R. Dean, Ken W. West, Loren N. Pfeiffer, Lingjie Du, Aron Pinczuk
Revista: Nature
DOI: 10.1038/s41586-024-07201-w

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