A gravidade pode desempenhar um papel pequeno, mas importante no micromundo da física de partículas

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Créditos: Diana Arturovna / iStock / Getty Images.

Por Mike McRae
Publicado na ScienceAlert

Lance-se de uma altura grande o suficiente e não demorará muito para ver quem venceria a batalha entre a gravidade e as forças que mantêm o chão sólido no lugar.

A fraqueza relativa da gravidade, pelo menos em comparação com a força do eletromagnetismo e das forças nucleares, parece limitar seu poder aos fenômenos nas vastas escalas de planetas e galáxias.

Por essa razão, junto com o desafio de casar a relatividade geral com a física quântica, os físicos tendem a manipular o papel da gravidade na formação de partículas, encaixando-a com um fator de correção bastante arbitrário.

Dois físicos do Instituto de Gravitação e Cosmologia da Universidade Russa da Amizade dos Povos (RUDN) estão agora repensando o lugar da gravidade entre os blocos de construção da natureza, em busca de soluções para equações que dariam a essa pequena força um papel maior na explicação de como partículas fundamentais podem surgir.

À primeira vista, parece uma busca desnecessária. Para uma partícula elementar típica, como um elétron, sua atração eletromagnética é 10^40 vezes mais forte do que sua força gravitacional.

Incluir os efeitos da gravidade ao descrever os movimentos de um elétron ao redor do núcleo de um átomo seria como levar em consideração o impacto de um mosquito ao discutir um acidente de carro.

Os pesquisadores Ahmed Alharthy e Vladimir V. Kassandrov acreditam que o mosquito pode ser mais importante do que acreditamos, pelo menos no nível incrivelmente pequeno da escala de Planck.

“A gravidade pode desempenhar um papel importante no micromundo, e essa suposição é confirmada por certos dados”, disse Kassandrov.

Soluções estabelecidas para as equações fundamentais da teoria de campo na curva do espaço-tempo parecem deixar espaço para uma influência pequena, mas diferente de zero, da gravidade quando aproximamos o zoom. À medida que as distâncias diminuem, o puxão gravitacional eventualmente se torna comparável ao das cargas atraídas.

Existem também modelos que descrevem ondas solitárias se formando em campos quânticos nos quais o minúsculo efeito da gravidade poderia ajudar a reforçar a onda.

A dupla voltou aos modelos semiclássicos de equações de campo eletromagnético, trocando a correção sem evidências formais normalmente usada e aplicando regras que permitem ajustar algumas quantidades enquanto garantem que outras permaneçam fixas.

Ao definir as quantidades que definem a carga e a massa das partículas elementares conhecidas, a equipe saiu em busca de soluções que encaixassem.

Na maior parte, não havia situações claras em que a gravidade parecesse necessária, pelo menos para partículas conhecidas.

Mas havia cenários conforme as distâncias diminuíam para cerca de 10^-33 metros para objetos carregados com uma massa de 10^-5 gramas onde as soluções apareciam.

Os teóricos não têm certeza se suas respostas descrevem algo que possamos encontrar no Universo, embora eles definam alguns limites em um espectro que corresponde a partículas semiquânticas hipotéticas chamadas maximons.

Levando a matemática adiante, à medida que a carga elétrica desaparece ao nada na menor das escalas e as massas atingem uma magnitude estelar, fica claro que a gravidade se torna um fator-chave no surgimento de alguns objetos do cenário quântico.

Isso pode soar como um viagem na imaginação, mas essas ondas de matéria neutras são exatamente as coisas que compõem objetos hipotéticos conhecidos como estrelas de bósons.

Por enquanto, a gravidade continuará a ser reduzida a um papel secundário relutante na física de partículas e sua pequena força continuara tendo uma complexidade matemática que não fornece nenhum benefício apreciável em sua solução.

Um dia, talvez precisemos dar à mais fraca das quatro forças fundamentais a sua devida importância nas menores escalas do Universo.

“No futuro, gostaríamos de ajudar a elucidar sesse problema que é intrigante para os físicos, mas extremamente complexo do ponto de vista da matemática”, disse Kassandrov.

Esta pesquisa foi publicada na Universe.