ZAP // Dall-E-2
Os gravitões, partículas teoricamente responsáveis pela transmissão da força gravitacional, nunca foram observados no espaço. Agora, algo bastante semelhante foi detetado num semicondutor.
Há décadas que os físicos procuram os gravitões, as partículas elementares propostas pela teoria da gravitação quântica responsáveis por mediar a força gravitacional.
Num novo estudo, publicado esta quinta-feira na revista Nature, uma equipa de investigadores identificou num semicondutor o que parecem ser partículas análogas aos gravitões.
Segundo os autores do estudo, usar estas partículas para compreender o comportamento dos gravitões é um passo crucial para reconciliar a teoria geral da relatividade com a mecânica quântica — duas teorias que tradicionalmente apresentam discrepâncias.
“É como encontrar uma agulha num palheiro. E o artigo que lançou esta busca data já de 1993″, explica Loren Pfeiffer, investigador da Universidade de Princeton, nos EUA e co-autor do estudo, citado pela New Scientist.
O estudo, cujos contornos começaram a ser discutidos há quase 30 anos, foi liderado por Aron Pinczuk, investigador da Universidade de Columbia, em Nova Iorque, que faleceu em 2022 — antes de a pesquisa ter permitido identificar evidências destas elusivas partículas.
Detetar um gravitão foi desde sempre um enorme desafio para os físicos, dada a fraqueza da força gravitacional comparada com outras forças fundamentais.
No seu estudo, os investigadores analisaram eletrões de um fragmento bidimensional de arsenito de gálio, um composto químico sintético com a fórmula mínima GaAs, usado como material semicondutor na indústria da eletrónica e essencial no fabrico de circuitos integrados.
O fragmento foi submetido a um intenso campo magnético e a temperaturas extremamente baixas num potente refrigerador.
Nestas condições, manifestam-se efeitos quânticos que provocam comportamentos invulgares nos eletrões: interagem fortemente uns com os outros e formam um líquido quântico incompressível e atípico.
Este líquido apresenta movimentos coletivos em que todos os eletrões se movimentam em harmonia, originando excitações eletrónicas que se assemelham a partículas.
Para analisar estas excitações, a equipa iluminou o semicondutor com um laser com uma frequência específica e estudou a luz dispersa resultante — que revelou um tipo de spin quântico que teoricamente apenas poderia ser observado num gravitão.
Embora a propriedade assim identificada não seja exatamente um gravitão, é o fenómeno mais semelhante até agora observado.
“Sabíamos que poderíamos encontrar excitações semelhantes a gravitões no semicondutor que montámos para realizar o nosso estudo, mas demorámos anos a ajustar a experiência de forma a poder detetá-las”, explica Ziyu Liu, investigador da Universidade de Columbia e co-autor do estudo.
“Do ponto de vista teórico, a história estava praticamente completa, mas experimentalmente, não havia ainda uma certeza”, acrescenta o investigador.
Esta experiência não reproduz exatamente as condições em que os gravitões se comportariam no espaço-tempo: os eletrões analisado estão confinados a um espaço bidimensional e movem-se mais lentamente do que os objetos descritos pela Teoria da Relatividade.
No entanto, o resultado do estudo “é extremamente importante e estabelece uma ligação entre diferentes áreas da física, como a física de materiais e as teorias da gravidade”, explica o físico Kun Yang, investigador da Universidade Estatal Florida, que não esteve envolvido no estudo.
Os dois pilares da física moderna, a Teoria da Relatividade Geral de Einstein, que descreve o mundo macroscópico, e a Mecânica Quântica, que se aplica ao pequeno mundo das partículas, subpartículas, quasi-partículas — e, mais recentemente, as misteriosas “não partículas” — estão há décadas de costas voltadas.
O estudo que Aron Pinczuk nos deixou parece agora ter dado um pequeno passo no sentido de confirmar a existência do gravitão — a partícula que pode finalmente unificar as duas teorias.
