Princípio de Equivalência Fraco foi violado, reportam cientistas Australianos
O Princípio de Equivalência Fraco (WEP, na sigla em inglês) é um aspecto chave da Física Clássica (Newtoniana). Segundo esse princípio, quando partículas estão em queda livre, as trajetórias que elas seguem são inteiramente independentes das suas massas. No entanto, não era ainda claro se essa propriedade também se aplica para sistemas quânticos (partículas a níveis atômicos e subatômicos). Agora, pesquisadores da Universidade de Adelaide, Austrália, provaram teoricamente que o WEP pode ser violado por partículas quânticas em ondas gravitacionais. O achado foi reportado e detalhado esta semana no periódico EPJ C (1).
O princípio WEP diz que partículas pontuais em queda livre irão seguir trajetórias que são independentes das suas massas, e representa o pilar da teoria gravitacional clássica. Para exemplificar, no vácuo (sem resistência do ar) uma pedra e uma pena soltas de uma mesma altura irão cair com a mesma aceleração e seguir uma linha reta perpendicular até alcançarem o chão, e ao mesmo tempo. No contexto da teoria clássica, o WEP é bem definido; no entanto, na teoria quântica, esse princípio é pouco esclarecido. Isso ocorre porque, segundo o Princípio da Incerteza de Heisenberg (2), partículas pontuais e trajetórias são conceitos ambíguos, e partículas atômicas e subatômicas (mundo quântico) estão longe de se comportarem como partículas macroscópicas. Partículas quânticas respeitam funções de onda e ainda possuem peculiaridades, como a presença de spin.
(2) Leitura recomendada: O Demônio de Maxwell
A noção suportada pelo WEP de que trajetórias em queda livre deveriam ser independentes da massa pode ser entendida como informação de Fisher de um objeto em queda livre que é invariante com a massa. Nesse quadro teórico de informação, violação do WEP significa que é possível extrair informação sobre a massa de objeto em queda livre. Essa reformulação do WEP potencialmente permite o teste do princípio em objetos quânticos. Especificamente, a informação de Fisher nos dá a quantidade de informação que uma variável aleatória observável fornece sobre uma parâmetro desconhecido. Se o WEP é obedecido, a informação de Fisher precisa ser zero.
No novo estudo, através de cálculos derivados da Teoria Quântica, os pesquisadores analisaram a posição de uma partícula x como a variável aleatória e o parâmetro desconhecido como sua massa (m). Nesse sentido, para uma partícula com a função de onda ψ(x,t), eles encontraram que a informação de Fisher é dada pela fórmula:
Os pesquisadores, então, resolveram essa equação para uma partícula (quântica) caindo em queda livre em um campo gravitacional. Eles mostraram que enquanto essas partículas obedeciam o WEP em campos gravitacionais estáticos, suas trajetórias podiam de fato fornecer informação (valor diferente de zero) sobre suas massas quando atravessam ondas gravitacionais, violando o WEP.
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> Ondas gravitacionais são perturbações no espaço-tempo criadas com significativa intensidade quando uma estrela colapsa e explode assimetricamente (supernova), quando supermassivos buracos negros se chocam - ou são formados -, no surgimento de estrelas de nêutrons, quando duas estrelas orbitam uma em torno da outra, ou qualquer outro fenômeno envolvendo corpos celestes que passam por ou geram mudanças bruscas no campo gravitacional no local onde tais eventos/ações ocorrem. Essas perturbações se propagam como ondas no espaço, se movendo à velocidade da luz (300000 km/s), comprimindo e esticando o espaço em seu caminho. Para mais informações, acesse: O que são as Ondas Gravitacionais?
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O achado pode levar ao desenvolvimento de avançados novos materiais, incluindo fluídos com infinita condutividade e viscosidade zero. Além disso, pode ser usado para a construção detectores de ondas gravitacionais muito mais sofisticados e sensíveis, e pode até mesmo possibilitar o desenvolvimento de dispositivos capazes de espelhar ondas gravitacionais e colher a energia associada. O próximo passo, agora, é demonstrar na prática a previsão teórica.
(1) Publicação do estudo: https://link.springer.com/article/10.1140%2Fepjc%2Fs10052-020-08530-6
Reviewed by Saber Atualizado
on
novembro 07, 2020
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