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Quarta-feira, Julho 6, 2022

Simetrias revelam pistas sobre o universo holográfico

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Nós conhecemos sobre gravidade desde o encontro apócrifo de Newton com a maçã, mas ainda estamos lutando para entender isso. Enquanto as outras três forças da natureza são todas devidas à atividade de campos quânticos, nossa melhor teoria da gravidade a descreve como espaço-tempo dobrado. Durante décadas, os físicos tentaram usar teorias de campos quânticos para descrever a gravidade, mas esses esforços são, na melhor das hipóteses, incompletos.

Um dos mais promissores desses esforços trata a gravidade como algo como um holograma – um efeito tridimensional que surge de uma superfície plana e bidimensional. Atualmente, o único exemplo concreto de tal teoria é o Correspondência AdS/CFT, em que um tipo particular de teoria quântica de campo, chamada de teoria de campo conforme (CFT), dá origem à gravidade no chamado espaço anti-de Sitter (AdS). Nas curvas bizarras do espaço AdS, um limite finito pode encapsular um mundo infinito. Juan Maldacenao descobridor da teoria, o chamou de “universo em uma garrafa”.

Mas nosso universo não é uma garrafa. Nosso universo é (em grande parte) plano. Qualquer garrafa que contivesse nosso universo plano teria que estar infinitamente distante no espaço e no tempo. Os físicos chamam essa cápsula cósmica de “esfera celestial”.

Os físicos querem determinar as regras para um CFT que pode dar origem à gravidade em um mundo sem as curvas do espaço AdS. Eles estão procurando um CFT para espaço plano – um CFT celestial.

A CFT celeste seria ainda mais ambiciosa do que a teoria correspondente em AdS/CFT. Como vive em uma esfera de raio infinito, os conceitos de espaço e tempo se desfazem. Como consequência, a CFT não dependeria do espaço e do tempo; em vez disso, poderia explicar como o espaço e o tempo surgem.

Resultados de pesquisas recentes deram aos físicos a esperança de que estão no caminho certo. Esses resultados usam simetrias fundamentais para restringir a aparência desse CFT. Os pesquisadores descobriram um conjunto surpreendente de relações matemáticas entre essas simetrias – relações que já apareceram antes em certas teorias de cordas, levando alguns a se perguntarem se a conexão é mais do que coincidência.

“Há um animal muito grande e incrível aqui”, disse Nima Arkani-Hamed, um físico teórico do Instituto de Estudos Avançados em Princeton, Nova Jersey. “A coisa que vamos encontrar será bastante alucinante, espero.”

Simetrias na esfera

Talvez a principal maneira pela qual os físicos sondam as forças fundamentais da natureza seja explodindo partículas para ver o que acontece. O termo técnico para isso é “dispersão”. Em instalações como o Grande Colisor de Hádrons, as partículas voam de pontos distantes, interagem e depois voam para os detectores em qualquer estado transformado que tenha sido ditado por forças quânticas.

Se a interação for governada por qualquer uma das três forças além da gravidade, os físicos podem, em princípio, calcular os resultados desses problemas de espalhamento usando a teoria quântica de campos. Mas o que muitos físicos realmente querem aprender é a gravidade.

Felizmente, Steven Weinberg mostrou na década de 1960 que certos problemas de espalhamento gravitacional quântico – aqueles que envolvem grávitons de baixa energia – podem ser calculados. Neste limite de baixa energia, “nós acertamos o comportamento”, disse Mônica Patê da Universidade de Harvard. “A gravidade quântica reproduz as previsões da relatividade geral.” Hológrafos celestiais como Pate e Sabrina Pasterski da Universidade de Princeton estão usando esses problemas de espalhamento de baixa energia como ponto de partida para determinar algumas das regras que a hipotética CFT celestial deve obedecer.

Eles fazem isso procurando por simetrias. Em um problema de espalhamento, os físicos calculam os produtos do espalhamento – as “amplitudes de espalhamento” – e como eles devem se parecer quando atingirem os detectores. Depois de calcular essas amplitudes, os pesquisadores procuram padrões que as partículas fazem no detector, que correspondem a regras ou simetrias que o processo de espalhamento deve obedecer. As simetrias exigem que, se você aplicar certas transformações ao detector, o resultado de um evento de espalhamento permaneça inalterado.



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