Experimento fornece indício sólido da natureza quântica da gravidade

A física de partículas tem um problema: é a área mais bem sucedida da ciência. Nenhum experimento se desvia do esperado. Em 1973, rolaram os toques finais no Modelo Padrão, uma teoria que descreve com doze casas decimais de precisão as 17 partículas fundamentais do Universo – os tijolos mínimos e indivisíveis que compõem nós e tudo ao nosso redor. Desde então, ele é o exemplo mais bem-acabado de um time em que você não mexe porque está ganhando. 

O acelerador de partículas LHC, túnel circular de 27 quilômetros e US$ 4,75 bilhões na fronteira da Suíça com a França, foi construído com o intuito de colidir partículas em energias altíssimas para realizar alguma medição que se desviasse do Modelo Padrão. Esse desvio representaria uma lacuna nas nossas equações, que permitiria aos físicos teóricos dar o próximo passo na compreensão do mundo em escala microscópica. Não rolou: o LHC passa a maior parte do tempo confirmando o que o Modelo Padrão já sabe, colisão após colisão. 

De tempos em tempos, um resultado ligeiramente anômalo no LHC ou em algum outro laboratório nos dá bons motivos para pensar que é possível reverter esse quadro de estagnação. (Nas palavras de um paizão da física de partículas, o Nobel italiano Enrico Fermi: “Um experimento que confirma uma predição é só uma medição. Um experimento que contradiz uma predição é uma descoberta”.)

Foi o que aconteceu durante dois experimentos anunciados nas últimas semanas. Um deles fornece um indício favorável à natureza quântica da gravidade. O outro é uma medição que parece indicar uma partícula nova, desconhecida do Modelo Padrão. Vou explicar as duas brevemente em posts aqui no blog: a gravidade neste texto, e a partícula no próximo, semana que vem. 

A gravidade quântica

Você pode se perguntar: “Se o Modelo Padrão está certo, por que procurar lacunas nele?” A resposta é que ele está certo, mas não está completo. O Modelo Padrão não explica o espaço, o tempo e a força da gravidade, que estão todos sob a alçada de outra teoria: a Relatividade Geral, de Einstein. 

Aqui, vou citar a mim mesmo em outro texto: “As duas são, isoladamente, as maiores realizações intelectuais da história da civilização. Porém, juntas, elas não se conversam matematicamente. A gravidade se nega a passar por um procedimento chamado renormalização, que elimina infinitos das contas e permitiria incorporá-la ao resto do Modelo Padrão.” 

O problema de incorporar a gravidade ao Modelo Padrão é que o Modelo Padrão é uma teoria quântica e a Relatividade é uma teoria clássica. 

De maneira muito simplificada, a mecânica quântica descreve as partículas como entidades que exprimem características de onda e partícula simultaneamente. Isso permite experimentos bizarros como o da dupla fenda, em que as partículas de luz, os fótons, se comportam como ondas eletromagnéticas quando não estão sendo observados, mas agem como bolinhas quando há um detector por perto. (Essa é uma explicação simplificada, claro. Um texto mais completo está aqui.)  

Essa descrição do mundo microscópico, que não corresponde à nossa experiência intuitiva na escala humana, está na base do Modelo Padrão. Ninguém sabe por que é assim (essa é uma questão para os filósofos e teóricos da física), mas sabemos que é assim, pois as equações que incorporam a dualidade onda-partícula geram previsões certeiras que explicam o funcionamento de tudo no Universo, de caixas de som a estrelas de nêutrons. O comportamento duas-caras das partículas fundamentais está verificado acima de qualquer dúvida por dúzias de experimentos geniais, replicados à exaustão. 

Descobrir que a gravidade também se comporta assim – que existe uma partícula chamada gráviton, que ela exibe a dualidade onda-partícula e que ela cabe no Modelo Padrão – seria uma revolução comparável à de Einstein. 

E essa é a boa notícia: um artigo recente, publicado em 13 de janeiro no periódico especializado Science, descobriu que um efeito quântico chamado Aharonov-Bohm, descoberto em 1959 e verificado em todas as forças da natureza que já são descritas pelo Modelo Padrão, também ocorre com a gravidade. Isso não prova que a gravidade seja quântica, mas dá razão para otimismo. 

Interessados em mergulhar fundo nas minúcias da descoberta podem ler este texto do físico Ethan Siegel. Eu vou ficar com uma citação dele que resume a importância da descoberta, mas sem tirar os pés do chão: “É um triunfo tremendo para a mecânica quântica sob influência da gravidade, mas ainda não é suficiente para demonstrar a natureza quântica da gravidade em si. Talvez um dia nós cheguemos lá, nesse meio-tempo, a busca por uma compreensão mais profunda da gravitação continua.”