Teoria das Cordas

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Artigo adaptado do Fisicool

Há quase um século, os mais famosos cientistas do mundo todo vêm buscando uma teoria unificada que seria capaz de descrever desde a singularidade de buracos negro até dar sólidas pistas sobre o que havia antes do Big Bang. Nessa busca pelo santo graal da física muitas teorias interessantes apareceram, mas a mais famosa delas é sem dúvida a teoria de cordas, que além de ser uma teoria de gravitação quântica, também busca a unificação de todas as forças da natureza, e é dela que falaremos neste artigo.

Primeiro vamos entender algumas coisas primordiais. A matéria comum é feita de átomos, que por sua vez é feito de três componentes básicos: elétrons que giram em torno de um núcleo composto de prótons e nêutrons. O elétron, até onde sabemos, é uma partícula verdadeiramente fundamental, mas nêutrons e prótons são feitos de partículas ainda menores, conhecidas como quarks, que também achamos que são fundamentais.

Nosso conhecimento atual sobre a composição subatômica do universo se resume no que é conhecido como o Modelo Padrão da física de partículas. Ele descreve as forças nucleares forte, fraca e a eletromagnética, bem como as partículas fundamentais que constituem toda a matéria. Há 12 partículas básicas. 6 delas são quarks. Os outros 6 são léptons — estes incluem o elétrons e seus dois irmãos mais pesados, o múon e o tau , além de três neutrinos.

Há quatro forças fundamentais do universo: a gravidade, o eletromagnetismo, e as forças nucleares forte e fraca. Cada uma destas é mediada por partículas fundamentais que atuam como portadores da força, chamadas de bósons.

O mais conhecido delas talvez sejam os fótons, ou seja, a luz, e é o mediador de forças eletromagnéticas.

A força nuclear forte é transmitida por oito partículas conhecidas como glúons, por sua vez a força nuclear fraca é transmitida por três partículas, o W + , o W- , e o Z.

Se você é atento, percebeu que eu disse que existem quatro forças fundamentais, mas quando descrevi o modelo padrão só falei de 3 delas. A exceção é a gravidade! É aqui que falaremos sobre unificação. A força gravitacional com a qual lidamos diariamente é descrita pela Teoria da Relatividade Geral como sendo uma deformação geométrica no espaço-tempo, porém, ela tem-se revelado muito difícil de descrever microscopicamente, ou seja, pelo ponto de vista da mecânica quântica, pois quando tentamos encontrar os mediadores da força gravitacional, nossas teorias físicas levam a valores infinitos, o que é o mesmo que dizer que elas não funcionam bem para esse caso. O nome do mediador da força gravitacional é gráviton e é justamente aí que reside nossa incapacidade de formular uma teoria unificadora para a física, pois é como se a Teoria da Relatividade Geral não funcionasse junto com a mecânica quântica.

A teoria de cordas vem exatamente nesse ponto; fornece uma descrição quântica da gravidade. Mas antes vamos à ideia básica por trás dela: todas as diferentes partículas “fundamentais” do Modelo Padrão são apenas diferentes manifestações de um objeto básico: Uma corda.

  • Como pode ser?

Normalmente imaginamos um elétron, por exemplo, como ponto sem estrutura interna. Mas, se a teoria das cordas estiver correta, então em um acelerador de partículas extremamente poderoso, perceberíamos que o elétron não é realmente um ponto, mas uma minúscula corda que pode oscilar de maneiras diferentes. Se ela oscila de certa forma, vemos um elétron. Mas se ele oscila de alguma outra forma, bem, então vamos chamá-la de um fóton, ou um quark, ou … você entendeu o espírito da coisa. Logo, se a teoria das cordas estiver correta, o universo inteiro é feito de cordas! (Quer dizer, também tem as branas, mas ai fica para um post futuro).

Mas o ponto fundamental é: Como essa teoria é capaz de dar uma descrição consistente do gráviton? A oscilação mais básica da corda, ou o que seria o “harmônico fundamental” da  corda  fechada tem  tudo que se espera do gráviton, ou seja: massa nula e spin 2. Assim não apenas a teoria de cordas dá uma descrição consistente, mas também faz dela uma das principais candidatas para uma abordagem microscópica da gravidade.

Mas porque é tão difícil provar? Não dá apenas para fazer um equipamento de observação mais potente?

Nosso acelerador de partículas mais potente consegue identificar qualquer coisa que tenha ate 10^-18 centímetros e, como não as achamos ainda é porque devem ser menores que isso, mas também não podem ser muito menores que a escala de Planck, que corresponde aos 10^-33 centímetros. Fora isso, não se sabe praticamente nada, elas podem estar em qualquer lugar no meio destes dois valores.

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