Equipe de Físicos Detecta Sinal Similar ao 'Gráviton', a Tão Procurada Partícula da Gravidade

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[Imagem: Jiehui Liang et al. - 10.1038/s41586-024-07201-w]

Em vez de encontrar o gráviton no espaço, ele foi identificado em um sistema quântico de estado sólido.

 

No dia 2 de abril, o site 'Inovação Tecnológica' publicou uma notícia reveladora: uma equipe de físicos identificou um sinal que se assemelha ao Gráviton, representando o primeiro indício experimental dessa que é a mais procurada de todas as partículas do Universo, o Gráviton.

 

O sinal recentemente detectado pelos físicos, denominado "excitação coletiva com spin", é atribuído a entidades conhecidas como modos grávitons quirais. Esses modos, que compartilham semelhanças com a teorizada partícula elementar chamada Gráviton - postulada como responsável pela força gravitacional no Universo -, oferecem uma intrigante oportunidade para explorar a fronteira entre a mecânica quântica e as teorias da relatividade de Einstein.

 

Embora ainda haja incerteza em torno dessa descoberta, a possibilidade de investigar partículas análogas ao Gráviton em laboratório tem o potencial de preencher lacunas significativas entre dois pilares fundamentais da física, prometendo resolver um dos grandes enigmas do campo e ampliar nossa compreensão do cosmos.

 

A detecção dessa excitação ocorreu em um tipo peculiar de matéria condensada conhecido como líquido de efeito Hall quântico fracionário (FQHE). Apesar do nome, os líquidos FQHE são sistemas semicondutores bidimensionais que operam em campos magnéticos intensos e baixas temperaturas, onde os elétrons interagem fortemente. Esses líquidos são descritos pela geometria quântica, introduzindo conceitos matemáticos aplicáveis às escalas diminutas em que a mecânica quântica governa.

 

Embora teorias anteriores sugerissem a possível existência de modos grávitons quirais nos FQHEs, nenhum experimento até então havia conseguido demonstrá-lo empiricamente.

 

"Nosso experimento marca a primeira confirmação experimental desse conceito de grávitons, proposto por pesquisas pioneiras em gravidade quântica desde a década de 1930, em um sistema de matéria condensada," afirmou Lingjie Du, da Universidade de Columbia, EUA.

 

[Imagem: Jiehui Liang et al. - 10.1038/s41586-024-07201-w]

Descrição do experimento.

 

Uma das técnicas essenciais para estudar fases quânticas em sistemas de estado sólido é o espalhamento inelástico ressonante de baixa temperatura, que examina como os fótons se dispersam ao interagir com um material. Adaptando essa técnica para utilizar luz polarizada circularmente, a equipe pôde observar mudanças distintas no spin dos fótons ao interagirem com partículas, como os modos grávitons quirais.

 

Após três anos de trabalho para estabelecer um laboratório capaz de realizar esse experimento inovador, a equipe identificou propriedades físicas consistentes com as previstas pela geometria quântica para os modos grávitons quirais. Essas propriedades incluem sua natureza de spin-2, lacunas de energia distintas entre seus estados fundamental e excitado, e sua dependência em fatores de preenchimento, que relacionam o número de elétrons no sistema com o campo magnético aplicado.

 

De acordo com a teoria, todas essas características também são características dos grávitons, as partículas hipotéticas que se acredita serem os portadores da força gravitacional. Assim, os modos grávitons quirais podem servir como um análogo útil dos grávitons, sugerindo uma ponte entre a física de altas energias e a física da matéria condensada.

 

[Imagem: Kahan Dare]

O experimento conecta a física das maiores escalas do Universo com a mecânica quântica.

 

A equipe agora planeja expandir sua pesquisa para energias mais elevadas e explorar outros materiais quânticos onde a geometria quântica prevê a emergência de propriedades semelhantes devido a excitações coletivas, como nos supercondutores.

 

"Durante muito tempo, houve um mistério em torno de como os modos coletivos de comprimento de onda longo, como os modos grávitons quirais, poderiam ser investigados em experimentos. Oferecemos evidências experimentais que apoiam as previsões da geometria quântica," concluiu Liu.

 

Saiba mais:

 

Artigo: Evidence for chiral graviton modes in fractional quantum Hall liquids

Autores: Jiehui Liang, Ziyu Liu, Zihao Yang, Yuelei Huang, Ursula Wurstbauer, Cory R. Dean, Ken W. West, Loren N. Pfeiffer, Lingjie Du, Aron Pinczuk

Revista: Nature

DOI: 10.1038/s41586-024-07201-w

 

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