Um artigo publicado recentemente na revista Nature pode ser a primeira comprovação experimental do conceito de grávitons, as hipotéticas partículas elementares que seriam responsáveis pela transmissão da força da gravidade. O teste foi realizado em excitações coletivas com spin chamadas modos grávitons quirais (CGMs), em um material semicondutor.
Grávitons e CGMs são partículas semelhantes, mas a primeira ainda não foi descoberta, embora seja bem conhecida (teoricamente) no âmbito da gravidade quântica. Segundo o primeiro autor do artigo, Lingjie Du, professor de física na Universidade de Nanjing na China, por serem parecidos com grávitons, os CGMs podem ajudar a examinar sua física.
Buscada há décadas, a comprovação da existência de grávitons poderia ser essencial para a unificação das duas teorias fundamentais da física moderna: a mecânica quântica e a teoria da relatividade geral de Einstein.
Como foram descobertos os CGMs em material quântico?
Modos gráviton e dispersão de luz inelástica.Fonte: Lingjie Du et al.
A partícula semelhante ao gráviton foi descoberta pelos autores em uma espécie de matéria condensada conhecida como líquido de efeito Hall quântico fracionário (FQHE). Esse fluido quântico é composto de sistemas de elétrons bidimensionais sob condições extremas de baixas temperaturas e altos campos magnéticos.
Embora a teoria do FQHE proponha que a luz interage com seus elétrons de uma maneira específica devido à métrica quântica, ainda não havia na época em que foi descoberto em 1982 por Daniel Tsui, Horst Störmer e Arthur Gossard, uma metodologia experimental que desse conta de confirmar essa proposição.
Li e seus colegas internacionais adaptaram esse estado diferente da matéria para usar a chamada luz circularmente polarizada, na qual os fótons têm um spin específico. Quando essas partículas de luz interagem com um CGM (que também gira), o sinal do spin dos fótons muda de uma forma diferente da que se estivessem interagindo com outros tipos de modos.
Quais as implicações da observação das propriedades dos CGMs no semicondutor?
A experiência pretende conectar mecânica quântica e a teoria da relatividade geral. Fonte: Getty Images
Ao direcionar um laser meticulosamente ajustado para o semicondutor FQHE, a equipe conseguiu observar "propriedades físicas consistentes com aquelas previstas pela geometria quântica para CGMs, incluindo sua natureza de spin-2, lacunas de energia características entre seus estados fundamental e excitado e dependência dos chamados fatores de preenchimento", diz o estudo.
Isso mostrou que a excitação tinha um tipo de spin quântico que só poderia existir (teoricamente) nos grávitons. Ou seja, ainda não é um gráviton real, mas "é a coisa mais próxima que já vimos", dizem os autores em um comunicado.
Como se trata de elétrons confinados a um espaço plano e bidimensional e movendo-se mais lentamente do que objetos regidos pela teoria da relatividade, ainda é prematuro fazer uma analogia ao espaço-tempo. No entanto, os resultados são um primeiro passo para conectar potencialmente a física de altas energias e a física da matéria condensada.
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