Grupo de Investigação Pikovski
O gravitão — uma partícula hipotética que transporta a força da gravidade — escapou à deteção durante mais de um século.
Mas, agora os físicos conceberam um sistema experimental que, em teoria, poderia detetar estes pequenos objetos quânticos.
Da mesma forma que as partículas individuais, chamadas fotões, são portadoras de força para o campo eletromagnético, os campos gravitacionais poderiam teoricamente ter as suas próprias partículas portadoras de força, chamadas gravitões.
O problema, segundo o Science Alert, é a sua interação tão fraca que nunca foram detetados, e alguns físicos acreditam que nunca o serão.
Um novo estudo, publicado na revista Nature Communications, liderado pela Universidade de Estocolmo, é mais otimista.
A equipa descreveu uma experiência que poderia medir aquilo a que chamam o “efeito gravito-fónico” e capturar gravitões individuais pela primeira vez.
A experiência envolveria o arrefecimento de uma enorme barra de alumínio de 1800 kg até um pouco acima do zero absoluto, ligando-a a sensores quânticos contínuos e aguardando pacientemente que as ondas gravitacionais a invadissem.
Quando isso acontecer, o instrumento vibrará a escalas muito pequenas, que os sensores poderão ver como uma série de passos discretos entre níveis de energia.
Cada um desses passos — ou saltos quânticos — marcaria a deteção de um único gravitão.
Qualquer sinal potencial poderia então ser cruzado com os dados da instalação LIGO para garantir que se trata de um evento de ondas gravitacionais e não de interferência de fundo.
É uma experiência surpreendentemente elegante, mas há um senão: esses sensores quânticos sensíveis ainda não existem. A equipa acredita que a sua construção deverá ser possível num futuro próximo.
“Temos a certeza de que estas experiência funcionaria”, afirma Thomas Beitel, físico teórico e um dos autores do estudo. “Agora sabemos que os gravitões podem ser detetados, é uma motivação acrescida para continuar a desenvolver a tecnologia de deteção quântica adequada. Com alguma sorte, em breve será possível capturar gravitões individuais”.
Das quatro forças fundamentais da física, a gravidade é aquela com que estamos mais familiarizados no dia a dia, mas em muitos aspetos continua a ser a mais misteriosa.
O eletromagnetismo tem o fotão, a interação fraca tem os bosões W e Z e a interação forte tem o gluão, pelo que, de acordo com alguns modelos, a gravidade deveria ter o gravitão, visto que sem ele é muito difícil fazer a gravidade funcionar com o Modelo Padrão da teoria quântica.
Esta nova experiência pode ajudar, regressando a algumas das primeiras experiências neste domínio. A partir da década de 1960, o físico Joseph Weber tentou encontrar ondas gravitacionais utilizando cilindros de alumínio sólido, suspensos em fios de aço para os isolar do ruído de fundo.
Se as ondas gravitacionais passassem, segundo a ideia, provocariam vibrações nos cilindros que seriam convertidas em sinais elétricos mensuráveis.
Com esta configuração, Weber insistiu que tinha detetado ondas gravitacionais já em 1969, mas os seus resultados não puderam ser reproduzidos e os seus métodos foram mais tarde desacreditados. O fenómeno continuaria a não ser detetado até o LIGO o ter encontrado em 2015.
Weber não estava especificamente à procura de gravitões, mas isso pode ser possível com uma atualização da sua experiência no século XXI. O arrefecimento criogénico, juntamente com a proteção contra o ruído e outras fontes de vibração, mantém os átomos de alumínio tão imóveis quanto possível, pelo que os potenciais sinais são mais claros. E ter um detetor de ondas gravitacionais confirmado à mão também é útil.
“Os observatórios LIGO são muito bons na deteção de ondas gravitacionais, mas não conseguem apanhar gravitões isolados”, diz Beitel. “Mas podemos usar os seus dados para fazer uma correlação cruzada com o nosso detetor proposto para isolar gravitões individuais”.
OS investigadores dizem que os candidatos mais promissores são as ondas gravitacionais provenientes de colisões entre pares de estrelas de neutrões, dentro do alcance de deteção do LIGO. Em cada evento, estima-se que um undecilhão de gravitões (isto é, um 1 seguido de 36 zeros) passaria pelo alumínio, mas apenas uma parte pequena seria absorvida.
A última peça do puzzle são os incómodos sensores quânticos. Felizmente, a equipa acredita que essa tecnologia não está muito longe de ser alcançada.
“Recentemente, foram observados saltos quânticos em materiais, mas ainda não nas massas de que necessitamos”, afirma Germain Tobor, físico da Universidade de Estocolmo e um dos autores do estudo. “Mas a tecnologia avança muito rapidamente e temos mais ideias sobre como facilitar o processo”.
