24/9/2010
Por Fabio Reynol
Agência FAPESP – A medição direta de efeitos de gravitação quântica é praticamente impossível. Os motivo são que eles têm origem em locais inacessíveis ao homem, como em buracos negros, e seus efeitos são extremamente sutis.
Mas um grupo de físicos brasileiros desenvolveu um meio de se estudar indiretamente um desses fenômenos, a flutuação da velocidade da luz, por meio de experimentos de propagação ondas acústicas em fluídos com aleatoriedade, como em coloides, líquidos heterogênios que contêm partículas ou moléculas de diferentes tamanhos em suspensão – o leite é um exemplo.
Grupo de físicos brasileiros desenvolve um meio de reproduzir em laboratório os efeitos da gravitação quântica presente em buracos negros. Artigo acaba de ser publicado na Physical Review Letters(Nasa)
O trabalho foi realizado por Gastão Krein, do Instituto de Física Teórica (IFT) da Universidade Estadual Paulista (Unesp), Nami Svaiter, do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), e Gabriel Menezes, pós-doutorando da Unesp. Os resultados foram publicado no dia 20 de setembro na revista Physical Review Letters.
“Em uma conversa que tivemos com Svaiter, surgiu a ideia de que a propagação do som em fluidos coloides poderia apresentar efeitos simililares aos da luz em ambientes nos quais a gravitação quântica seria relevante”, disse Krein à Agência FAPESP.
Menezes foi o elo entre Krein e Svaiter. Atualmente com Bolsa de Pós-Doutorado da FAPESP, orientado por Krein, Menezes foi orientado por Svaiter no CBPF em seu doutorado.
O encontro entre os físicos foi importante para a concepção da pesquisa, uma vez que Krein tem larga experiência em estudos com equações com flutuações aleatórias e Svaiter é especialista em gravitação quântica, tendo desenvolvido estudos de seus efeitos com Lawrence Ford, da Universidade Tufts, nos Estados Unidos.
Flutuações em um fluido podem ser clássicas ou quânticas. O artigo demonstra a validade de se usar microvibrações em coloides como plataforma para estudo da gravitação quântica. Segundo o estudo, os dois fenômenos são descritos por equações matemáticas similares.
Se estudos com coloides são comuns e conhecidos, o mesmo não se pode dizer do segundo fenômeno. Um dos feitos da gravidade quântica é que velocidade da luz não é uma constante, como ensina a física clássica, mas flutua de um ponto a outro devido aos efeitos quânticos. Estima-se que esse tipo de gravidade esteja presente em buracos negros e tenha vigorado durante o Big Bang.
Outros experimentos com fluidos já haviam sido propostos para estudar efeitos de gravidade quântica, mas o brasileiro é o primeiro a contemplar o estudo das flutuações da velocidade da luz através da flutuações da velocidade de propagação de ondas acústicas em fluídos.
Segundo Krein, o mérito da pesquisa foi ter apontado um meio de simular em laboratório um fenômeno de observação muito difícil. “O comportamento das ondas acústicas ao se propagar em um meio aleatório, como os coloides, permite trazer a um laboratório efeitos análogos aos da gravitação quântica”, disse.
Radiação Hawking
Krein e colegas pretendem investigar, por meio de modelos com fluidos, o equivalente a um buraco negro e como vibrações acústicas quânticas são criadas e destruídas próximos a essas formações no espaço.
Os físicos buscam compreender melhor o fenômeno conhecido como “radiação Hawking”, prevista em 1973 pelo físico inglês Stephen Hawking. Segundo Hawking, os buracos negros encolhem com a perda de energia por meio dessa radiação.
Krein, Svaiter e Menezes procuram também grupos experimentais de pesquisa que investiguem fluidos e se interessem em fazer experimentos nessa área.
“Com um fluido, podemos controlar parâmetros do experimento, como a densidade e a concentração das partículas em suspensão, e, com isso, aprender como muda a propagação do som de maneira controlável no laboratório. Isso permitirá construir correlações dos resultados com o que ocorre na gravitação quântica”, disse Krein.
O artigo Analog Model for Quantum Gravity Effects: Phonons in Random Fluids (doi: 10.1103/PhysRevLett.105.131301), de Gastão Krein e outros, pode ser lido por assinantes da Physical Review Letters em
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Phys. Rev. Lett. 105, 131301 (2010) [4 pages]
Analog Model for Quantum Gravity Effects: Phonons in Random Fluids
G. Krein1,*, G. Menezes1,†, and N. F. Svaiter2,‡
1Instituto de Física Teórica, Universidade Estadual Paulista, Rua Dr. Bento Teobaldo Ferraz 271 - Bloco II, 01140-070 São Paulo, SP, Brazil
2Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas, Rua Dr. Xavier Sigaud 150, 22290-180 Rio de Janeiro, RJ, Brazil
Received 20 April 2010; published 20 September 2010
Abstract
We describe an analog model for quantum gravity effects in condensed matter physics. The situation discussed is that of phonons propagating in a fluid with a random velocity wave equation. We consider that there are random fluctuations in the reciprocal of the bulk modulus of the system and study free phonons in the presence of Gaussian colored noise with zero mean. We show that, in this model, after performing the random averages over the noise function a free conventional scalar quantum field theory describing free phonons becomes a self-interacting model.
© 2010 The American Physical Society
URL:
DOI:
10.1103/PhysRevLett.105.131301
PACS:
04.60.-m, 04.62.+v, 42.25.Dd, 62.60.+v
*gkrein@ift.unesp.br
†gsm@ift.unesp.br
‡nfuxsvai@cbpf.br
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