Cientista brasileiro participa de estudo, destaque da PRL em julho, que aprimora os cálculos matemáticos da teoria que pode descrever uma ampla gama de fenômenos gravitacionais.
Uma edição antiga do tratado de Marie Curie sobre a radioatividade, que estava na biblioteca da escola, chamou a atenção do então adolescente Gabriel Menezes, que já era incentivado na família a gostar de ciências. A mãe, professora de Física, explicou ao menino que para entender aquele livro era preciso estudar cálculo diferencial e integral. E foi isso que ele fez, muito anos mesmo antes de entrar na Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) para estudar Física.
Hoje, com pós-doutorado pela Universidade de Massachusetts Amherst, dos Estados Unidos, Menezes participou de uma pesquisa que ganhou destaque da Physical Review Letters (PRL) no dia 10 de julho e que pode colocar a chamada “gravidade quadrática” como uma das principais teorias sobre gravitação quântica, que no futuro ajudará a explicar do Big Bang à inflação cósmica, como uma verdadeira opção de entender o Universo e explicar melhor vários fenômenos gravitacionais.
Os estudos de Albert Einstein que deram origem à Teoria da Relatividade Geral, feitos há cem anos, foram construídos com apoio na física clássica, tratando a gravidade como sendo a manifestação da curvatura do espaço-tempo. Contudo, o desenvolvimento de uma descrição quântica para as interações gravitacionais se mostrou bastante desafiador. A gravidade quadrática é uma hipótese, entre muitas outras, para uma teoria de gravidade quântica que generaliza a Teoria da Relatividade Geral.
Evidências baseadas em cálculos anteriores bem conhecidos mostravam que as amplitudes quânticas de espalhamento dessa teoria poderiam não possuir um bom comportamento em altas energias na ausência de táquions. O táquion é uma partícula hipotética cuja velocidade excede à velocidade da luz. No contexto da Teoria Quântica de Campos, táquions são entendidos como sinalizadores da presença de uma instabilidade do sistema. Mas a existência dessa patologia pode ter chegado ao fim.
O artigo “Physical Running of Couplings in Quadratic Gravity”, assinado por Menezes em parceria com os cientistas Diego Buccio (International School for Advanced Studies — SISSA na Itália), John F. Donoghue (Department of Physics, University of Massachusetts) e Roberto Percacci (International School for Advanced Studies — SISSA na Itália), apresenta um novo cálculo do chamado “acoplamento de corrida” utilizando novas técnicas.
O conceito de corrida das constantes de acoplamento se refere ao fato de que as constantes de acoplamento, que medem a intensidade das interações entre partículas, não são fixas, mas podem variar dependendo da escala de energia em que são medidas. Em teoria quântica de campos, essa variação é necessária para garantir que as previsões teóricas se ajustem aos dados experimentais em diferentes escalas de energia. Essa “corrida” ou variação das constantes de acoplamento é crucial para manter a consistência teórica e permite que as previsões sejam aplicáveis em altas energias.
“Desde de que você leve em conta que esse tipo de teoria tem uma escala de massa intrínseca, isso vai fazer com que você tenha que alterar a sua forma de calcular essas constantes de acoplamento que correm. Nós provamos assim que a liberdade assintótica é compatível com a ausência de táquions. Isso ocorre porque a corrida física com os momentos é o acoplamento de corrida apropriado para ser usado em amplitudes. Liberdade assintótica é uma propriedade que a gente vê, por exemplo, em cromodinâmica quântica, no qual o acoplamento entre partículas se torna mais fraco na medida que você vai para a escala de energias mais altas”, explica Menezes.
A cromodinâmica quântica é a teoria sobre as partículas elementares de quarks, que constituem prótons e nêutrons, e os glúons, que é um mediador da força forte. “Então, isso é uma propriedade maravilhosa, porque a gente espera que uma teoria completamente consistente em qualquer escala de energia seja a mais bem comportada possível a altas energias. E se os acoplamentos se tornam cada vez mais fracos, você tem um controle melhor do comportamento de altas energias das amplitudes de espalhamento da teoria”, diz o cientista.
“Estamos no mesmo estágio de conhecimento que estávamos anteriormente, especificamente na cromodinâmica quântica? Certamente não. Hoje sabemos muito mais sobre cromodinâmica quântica, especialmente em altas energias, do que sobre gravidade quadrática. Mas a gente já está vendo essa luz no fim do túnel, já está lá assim, lá longe. Talvez tenha um comportamento até próximo daquilo que a gente gostaria que tivesse. E isso já é um avanço considerável”, explica o cientista, professor adjunto do Departamento de Física da Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro (UFRRJ) e professor visitante no Instituto de Física Teórica (IFT-UNESP). Recentemente, ele se prepara para mudar de vez para São Paulo após passar em um concurso para lecionar no Instituto de Física da Universidade de São Paulo (IFUSP).
Menezes avalia que o estudo abre um novo horizonte na forma como as pessoas vão olhar a gravidade quadrática a partir de agora, como uma verdadeira opção de entender o Universo. “Eu acho que, bom, se tudo der certo, as pessoas vão levar um pouco mais sério a teoria como uma candidata forte a descrever as interações gravitacionais em todas as escalas de energia. Ela abre um novo panorama na pesquisa acadêmica em contexto da gravitação quântica e gravidade quadrática.”
Assista o físico Gabriel Menezes explicando a pesquisa
(Colaborou Roger Marzochi)