Existem quatro forças fundamentais no Universo: forte, fraca, eletromagnética e gravitacional. A teoria quântica explica três das quatro por meio da interação de partículas, mas a ciência ainda precisa descobrir uma partícula correspondente para a gravidade. Conhecida como “gráviton”, acredita-se que a partícula gravitacional hipotética constitua ondas gravitacionais, mas não foi detectada no detector de ondas gravitacionais. Um novo experimento espera mudar isso usando um ressonador acústico para identificar grávitons individuais e confirmar sua existência.
As quatro forças fundamentais da natureza governam o Universo. A gravidade é uma com a qual muitas pessoas estão familiarizadas, mas não entendemos completamente como ela funciona. Seus efeitos são óbvios, porém, como a atração entre objetos com massa. Ela mantém os planetas em órbita ao redor do Sol, a Lua em órbita ao redor da Terra e nós presos à superfície do planeta Terra. Uma das primeiras tentativas de descrevê-la foi de Isaac Newton, que afirmou que a gravidade era proporcional à massa dos objetos e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre eles. Mesmo na maior escala do cosmos, parece ser essencial para a estrutura do Universo.
Um dos desafios com a gravidade é que, diferentemente das outras forças fundamentais, ela só pode ser explicada em um sentido clássico. A física quântica pode explicar as outras três forças por meio de partículas; a força eletromagnética tem o fóton, a força nuclear forte tem o glúon, a força nuclear fraca tem os bósons W e Z, mas a gravidade tem, bem, nada ainda. Além do gráviton hipotético. O gráviton pode ser pensado como o bloco de construção da gravidade, assim como os tijolos são os blocos de construção de uma casa ou os átomos os blocos de construção da matéria.
Detectores como o LIGO, o Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, podem detectar ondas gravitacionais de eventos de larga escala, como fusões de buracos negros e estrelas de nêutrons, mas até agora, um gráviton nunca foi detectado. Isso pode estar prestes a mudar em breve. Uma equipe de pesquisadores liderada pelo professor de física Igor Pikovski do Stevens Institute of Technology sugere uma nova solução. Ao utilizar a tecnologia de detecção existente, que é essencialmente um cilindro pesado conhecido como ressonador acústico, a equipe propõe adicionar métodos aprimorados de detecção de estado de energia conhecidos como detecção quântica.
A solução proposta, explica Pikovski, “é similar ao efeito fotoelétrico que levou Einstein à teoria quântica da luz, só que com ondas gravitacionais substituindo ondas eletromagnéticas”. O segredo são os passos discretos de energia que são trocados entre o material e as ondas conforme grávitons individuais são absorvidos. A equipe usará o LIGO para confirmar detecções de ondas gravitacionais e fazer referência cruzada com seus próprios dados.
A nova abordagem foi inspirada por dados de ondas gravitacionais que foram detectados na Terra. Ondas detectadas em 2017 vieram de um evento de colisão entre duas estrelas de nêutrons superdensas do tamanho de uma cidade. A equipe calculou os parâmetros que facilitariam a probabilidade de absorção para um único gráviton.
A equipe começou a pensar em um possível experimento. Usando dados de ondas gravitacionais que já foram medidas na Terra, como aquelas que chegaram em 2017 de uma colisão de duas estrelas de nêutrons distantes do tamanho de Manhattan (mas superdensas), eles calcularam os parâmetros que otimizariam a probabilidade de absorção para um único gráviton. Seu desenvolvimento levou a dispositivos semelhantes à barra de Weber (barras cilíndricas grossas e pesadas de 1 tonelada) para permitir que os grávitons fossem detectados.
As barras seriam suspensas no detector quântico recém-projetado, resfriadas ao menor estado de energia possível e a passagem de uma onda gravitacional as colocaria em vibração. A equipe então espera ser capaz de medir a vibração usando detectores de energia supersensíveis para ver como as vibrações mudaram em etapas discretas, indicando um evento gráviton.
É um momento emocionante para a física baseada na gravidade e estamos definitivamente chegando mais perto de desvendar seus mistérios. Infelizmente, porém, os detectores supersensíveis ainda não estão disponíveis, mas, de acordo com a equipe de Pikovski, eles não estão muito longe. Pikovski resumiu: “Sabemos que a gravidade quântica ainda não foi resolvida, e é muito difícil testá-la em toda a sua glória, mas agora podemos dar os primeiros passos, assim como os cientistas fizeram há mais de cem anos com quanta de luz.”
Fonte : Nova pesquisa sugere uma maneira de capturar a partícula mais procurada pelos físicos — o gráviton
