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A lira da Física

Um grupo de físicos afirma estar prestes a provar uma teoria que vai mudar nossa visão do mundo. Para eles, o Universo é orquestrado por cordas minúsculas. São elas que arranjam elétrons, prótons, nêutrons e quarks numa melodia harmoniosa.

Alessandro Greco

Lotação esgotada. O Strings 99 vai ser o maior sucesso da temporada. Não se trata de um concerto de rock, mas de um encontro de 400 físicos e matemáticos no Instituto Max Planck, na cidade de Potsdam, na Alemanha, entre os dias 17 e 24 deste mês. Eles vão discutir a essência do Universo. Esses cientistas compõem a orquestra que toca a chamada Teoria das Supercordas. Eles desafiam o conhecimento atual ao propor que tudo o que existe é composto de cordas microscópicas que vibram como as de um violão ou de uma lira.

O baile é fechado a amadores. Integram-no apenas mestres de cálculos complicadíssimos usados para amarrar os intricados passos da teoria numa partitura harmoniosa. O maestro é o americano Murray Gell-Mann, vencedor do Prêmio Nobel de Física de 1969 e criador da teoria, hoje comprovada, segundo a qual cada partícula, próton ou nêutron, é composta de três outras subpartículas, chamadas quarks.

Por enquanto, as supercordas só existem no papel. Ninguém as viu vibrando no coração da matéria.

Idem para o seu “super”, que vem de supersimetria, isto é, do pressuposto teórico de que cada partícula elementar tem uma supersósia, um par igual. Entre os físicos americanos, a supersymmetry já está ficando popular, identificada apenas pelas iniciais carinhosas: Susy.

Tudo ainda é hipotético e terá de ser demonstrado. Para provar que as supercordas estão lá, é preciso destroçar prótons num poderosíssimo acelerador de partículas. Essa é uma das missões do acelerador do CERN (sigla para Conselho Europeu de Pesquisa Nuclear, em francês), que está sendo construído nas proximidades de Genebra, na Suíça. Trata-se de um túnel hi-tech subterrâneo, de 27 quilômetros de extensão, no qual as partículas recebem um empurrão alucinado e viajam a velocidades próximas à da luz. Ao colidirem umas com as outras, elas se arrebentam e, aí, mostram a sua alma. “Acredito que o acelerador do CERN nos dará indicações fortes de que a teoria está certa”, disse à SUPER outro maestro, o americano Edward Witten, do Instituto de Estudos Avançados, em Princeton.

No fundo, tudo é uma questão de freqüência

Como a idéia de cordas vibrantes muda a compreensão do Universo? É que, segundo a teoria, a gente pára de vez de imaginar o mundo composto por diversas partículas. Elétrons, prótons, nêutrons e quarks seriam apenas diferentes feições de uma mesma corda. O jeito como essa corda vibra é que muda. Ou seja, não importa qual a nota tocada na música universal, por trás dela sempre haverá uma corda vibrando (veja o infográfico acima).

Se você pensa que tudo isso é maluquice, prepare-se. A julgar pelo entusiasmo dos pesquisadores, estamos prestes a testemunhar uma nova transformação do conhecimento humano, tão dramática quanto a provocada pela Teoria da Relatividade, de Albert Einstein, em 1906, e a Teoria Quântica, de Max Planck, em 1900. “Se conseguirmos confirmar a existência das cordas no acelerador de partículas do CERN, em 2005, teremos um marco na História da humanidade”, vibra John Schwarz, do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech).

Foi Schwarz quem afirmou, em 1974, que as supercordas constituiriam a teoria unificadora sonhada por Einstein para explicar como todas as forças do Universo funcionam, interligadas. Ou seja, como as partículas são formadas, alteradas e destruídas. E como interagem, usando as quatro forças da natureza: a forte, a fraca, a eletromagnética e a gravitacional (veja quadro à direita).

No Brasil, as supercordas têm ainda poucos estudiosos – não mais do que quinze. Mas, nos Estados Unidos, o interesse pelo assunto não pára de crescer. “Entre 1994 e 1999, foram publicados mais de 1 000 artigos técnicos a cada ano – mais que o dobro do período anterior”, completa Schwarz.

O fato é que, mais cedo ou mais tarde, as leis atuais que fazem o arranjo da natureza – do macroscópico ao microscópico – podem ser substituídas por uma única teoria geral. Para Steven Weinberg, Nobel de Física de 1979, essa teoria colocará um ponto final na ancestral busca do homem pelos princípios essenciais que constituem a matéria e a energia.

Para saber mais

The Search for Superstrings, Symmetry and the Theory of Everything, John Gribbin, Ed. Little, Brown and Company, Nova York, 1998

The Elegant Universe, Brian Greene, Ed. W. W. Norton & Company, Nova York, 1999

Na Internet: http://www.superstringtheory.com

De perto, cordas em vez de pontos

Quanto mais se mergulha na matéria, menor ela fica.

Mundo microscópico

Tudo o que você conhece – seja sólido, líquido ou gasoso – é matéria, composta por pedaços menores. A ciência sempre quis saber qual era a unidade mínima da matéria

1. Átomo

Ainda na Antiguidade, o grego Demócrito (460-370 a.C.) filosofava que a matéria era formada por partículas indivisíveis que ele chamou de átomos. Passaram-se milênios até que a ciência descobrisse que um átomo mede 1 décimo de milionésimo de milímetro, ou seja, é 100 milhões de vezes menor que uma maçã.

2. Elétron

Em 1898, o físico inglês J. J. Thomson (1856-1940) descobriu o elétron. Um elétron é 100 milhões de vezes menor que o átomo. Só para imaginar: se um átomo tivesse o diâmetro da Terra, um elétron teria o tamanho de uma bola de tênis.

3. Prótons e nêutrons

Em 1911, o inglês Ernest Rutherford (1871-1937) definiu a estrutura atômica, segundo a qual dentro de cada átomo há um núcleo com carga elétrica positiva. Foi ele também quem, em 1919, chamou de próton a partícula que dá a carga ao núcleo. Em 1932, o também inglês James Chadwick (1891-1974) descobriu que dentro do núcleo existe outra partícula, o nêutron, sem carga elétrica. Ambas são 100 000 vezes menores que um átomo.

4. Quarks

Em 1964, o físico americano Murray Gell-Mann propôs a idéia de que os prótons e os nêutrons são formados por subpartículas chamadas quarks, 10 000 vezes menores que as partículas nucleares.

5. Cordas

Em 1970 o japonês Yoichiro Nambo, o alemão Holger Nielsen e o americano Leonard Susskind anunciaram que ainda não se havia chegado à essência da matéria. Segundo eles, tudo o que existe – elétrons e quarks – é formado por cordas infinitamente pequenas, em constante vibração. Tão minúsculas que, se um elétron tivesse o tamanho de Júpiter, uma corda seria 10 000 vezes menor que 1 milímetro.

As afinações da matéria

Uma mesma corda emite diferentes sons, como um instrumento musical.

Num instrumento musical, uma corda solta emite determinada nota ao vibrar – digamos um dó. No mundo subatômico, essa vibração corresponde a uma partícula – um próton, por exemplo.

Ao se mudar o comprimento da corda, a lira muda sua freqüência de vibração e emite outro som, lá, ré ou sol. Dentro da matéria, quando a supercorda muda de vibração, gera uma nova partícula – um nêutron.

O choque de freqüências

Veja como a corda muda de cara ao trombar com outra.

1. Uma corda vibrando na forma de elétron vem de um lado. Outra corda que vibra como um pósitron (o antielétron) vem de outro lado.

2. Quando as duas partículas colidem, as cordas interagem e passam a vibrar de um modo diferente.

3. Elas se fundem. Nasce uma nova partícula, como um fóton, que constitui a luz.

4. A corda do fóton vai liberando energia até que as duas cordas originais se separam novamente. Ressurgem o elétron e seu par, o pósitron.

O poder das vibrações

Toda a matéria e toda a energia interagem com quatro forças fundamentais.

Força Nuclear Forte

Amarra os quarks dentro dos prótons e dos nêutrons e prende estes dentro do núcleo. Só é quebrada em aceleradores quando partículas atômicas são jogadas umas contra as outras, a velocidades próximas à da luz.

Força Nuclear Fraca

Responsável pela interação de algumas subpartículas, emitindo radioatividade. Ela é a base das reações nucleares que ocorrem no coração do Sol.

Força Eletromagnética

Exerce atração e repulsão entre as partículas com carga elétrica. É a força que faz o pólo positivo de um ímã atrair o pólo negativo de outro.

Força Gravitacional

Provoca a atração entre as partículas que possuem massa. É a força que mantém os planetas girando em torno do Sol e os objetos presos à superfície da Terra.