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Brasileiros participam da busca por teoria unificada da Física

Publicado em 14 janeiro 2011

Espinores puros. A teoria da relatividade geral explica a gravidade. A mecânica quântica explica as forças nucleares e o eletromagnetismo. Mas as duas não se falam e conciliá-las é um dos maiores desafios para a física.

A solução mais eficiente até agora para unificar gravitação e mecânica quântica é a chamada teoria das supercordas, que está em plena construção.

Nos últimos dez anos, o esforço internacional para promover avanços nessa área tem contado com a importante participação de pesquisadores brasileiros, reunidos no projeto `Pesquisa e ensino em teoria de cordas`, financiado pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP).

Sob coordenação de Nathan Jacob Berkovits, professor do Instituto de Física Teórica (IFT) da Universidade Estadual Paulista (Unesp), o projeto é o terceiro realizado sobre o tema desde 2000.

Naquele ano, Berkovits apresentou uma formulação matemática inovadora, desenvolvida ao longo de 15 anos, que ficou conhecida como `espinores puros`.

Esse formalismo tem sido importante, na última década, para facilitar os cálculos relacionados ao estudo da teoria das supercordas. Em 2009, ele recebeu o Prêmio em Física da TWAS (Academia de Ciências do Mundo em Desenvolvimento) em reconhecimento deste trabalho.

Alguns físicos acreditam que a Teoria das Cordas pode ser testada pela Mecânica Quântica. Desenvolvida a partir da década de 1960, a teoria das supercordas é um modelo físico no qual os componentes fundamentais da matéria não são os pontos sem dimensão que caracterizavam as partículas subatômicas na física tradicional, mas objetos extensos unidimensionais, semelhantes a uma corda.

Dependendo do `tom` da vibração dessas cordas, elas corresponderiam a cada partícula subatômica.

De acordo com Berkovits, o projeto, que envolve uma série de parcerias internacionais, tem explorado as aplicações dos espinores puros em várias frentes no desenvolvimento da teoria de supercordas.

`A teoria de supercordas é a tentativa mais bem-sucedida até agora para unificar a gravitação e a mecânica quântica, teorias cuja conciliação corresponde a uma tarefa muito difícil. Os físicos teóricos também sonham que a teoria das supercordas possa unificar todas as forças e partículas fundamentais da natureza, mas isso, por enquanto, é apenas um sonho`, disse Berkovits.

Conjectura de Maldacena

Os avanços no campo teórico, no entanto, são bastante reais. O formalismo dos espinores puros tem sido a ferramenta mais apropriada para o estudo da correspondência AdS/CFT (sigla em inglês para espaço anti-de-Sitter/teoria do campo conformal) - também conhecida como a conjectura de Maldacena.

Recentemente, dois estudos independentes puseram a Teoria da Relatividade Geral de Einstein à prova como nunca fora feito antes. [Imagem: X-ray (NASA/CXC/SAO/A. Vikhlinin; ROSAT), Optical (DSS), Radio (NSF/NRAO/VLA/IUCAA/J.Bagchi)]Essa conjectura, proposta pelo argentino Juan Maldacena em 1997, deu um impulso sem precedentes à teoria das supercordas e à pesquisa sobre a gravitação quântica. O artigo no qual Maldacena propôs a conjectura teve mais de 3 mil citações e se tornou um dos principais marcos conceituais da física teórica na década de 1990.

`Além de trabalharmos a aplicação dos espinores puros ao estudo da correspondência AdS/CFT, temos avançado na aplicação desse formalismo a outras frentes também, como o cálculo da amplitude de espalhamento`, contou Berkovits.

O estudo do espalhamento de cordas - que está relacionado ao espalhamento de partículas - enfrenta grandes dificuldades quando as partículas envolvidas são férmions. Todas as partículas elementares da matéria são férmions ou bósons, que têm spin semi-inteiros ou inteiros, respectivamente, e obedecem mecânicas estatísticas diferentes.

`Com a aplicação do formalismo dos espinores puros, o estudo do espalhamento de cordas envolvendo férmions não é mais difícil que os casos que envolvem bósons. Outra vertente na qual trabalhamos com a aplicação do formalismo dos espinores puros é a teoria de campos de cordas, que ainda está em estágio inicial de desenvolvimento`, explicou.

Descrição do spin

Segundo Berkovits, quando o físico descreve uma partícula, ele emprega uma variável que descreve a sua posição. Mas quando se trata de uma partícula com spin - como fótons ou elétrons - a variável da posição não é suficiente para a descrição.

`Existem várias maneiras para descrever o spin e a mais tradicional foi o formalismo de Ramond-Neveu-Schwarz, concebido em 1973. Mais tarde, em 1980, foi desenvolvido o formalismo de Green-Schwarz - uma nova maneira de descrever o spin que trazia algumas vantagens. Mas trazia desvantagens também: ele não preservava a invariância de Lorentz, uma importante propriedade relacionada às rotações do espaço-tempo`, disse.

Spintrônica: spin do elétron é medido em tempo real pela primeira vez. [Imagem: Werake et al/Nature Physics]Desde 1980, portanto, os físicos teóricos vinham tentando resolver os problemas com o formalismo de Green-Schwarz. Até que em 2000 o formalismo dos espinores puros resolveu a questão da descrição do spin de partículas de uma maneira que preservava todas as simetrias presentes na teoria da relatividade.

Conexões internacionais

Estima-se que existam atualmente cerca de 2 mil pesquisadores envolvidos com o estudo de teoria das supercordas. Berkovits tem trabalhado com cerca de 50 deles. O projeto que coordena se beneficia das conexões internacionais de seus pesquisadores participantes.

`Além dos estudos feitos pelos nossos pós-doutorandos e pós-graduandos, temos muitas colaborações no exterior. Trazemos uma série de especialistas para colaborar conosco e participar de congressos que organizamos e, por outro lado, enviamos frequentemente alunos para trabalhar com equipes internacionais e participar de eventos`, disse o pesquisador - veja mais em Teoria das cordas é tema de evento em São Paulo.

"Estamos contribuindo para a formação de uma comunidade envolvida com o estudo da teoria das supercordas. É uma importante e fértil área de fronteira, mas que ainda conta com pouca gente no Brasil, em comparação com o resto do mundo", afirmou.

Com informações da Agência Fapesp