Grávitons são minúsculas partículas que carregam a “força” da gravidade. São eles que trazem você de volta para a Terra quando você pula. Então, por que nós nunca vemos eles, e por que eles são tão incrivelmente complicados e necessitamos da teoria das cordas para entendê-los? Descubra aqui!
Fótons, Glúons, e Grávitons
A luz flui para nós na forma de ondas. As pessoas sabem disso há algum tempo. O fato de que a luz também é uma partícula deu a todos um choque, mas nós nos ajustamos a esse fato. O que muitas vezes é deixado de fora da história é o fato de que a luz não é apenas uma maneira de dar sentido e função aos nossos olhos. Fótons não são apenas as partículas que batem nas nossas retinas. Eles são as partículas (sem massa) que fazem o trabalho que nos dá uma outra força bem estudada – o eletromagnetismo.
A física quântica nos diz que, quando um fóton de uma energia precisa atinge um átomo, o elétron externo desse átomo salta para um nível acima. Quando o elétron volta para baixo, ele emite fótons novamente. Este processo descreve por que as coisas brilham. Ele também descreve também o motivo deles emitirem apenas determinadas cores, como o fóton tem de ser de uma energia precisa para fazer os elétrons saltarem, o que se traduz em um comprimento de onda preciso, que por sua vez se traduz para uma cor precisa. Quando olhamos mais profundamente neste processo, vemos fótons como eles realmente são. Eles são as partículas que empurram elétrons ao redor. Eles carregam a “força” eletromagnética.
Fótons não são as únicas partículas que carregam força. A força nuclear forte, que une os prótons no núcleo atômico, é transportada pelo glúon, ou “cola” em inglês, apropriadamente falando.
O que chamamos de “força” ao nível macro parece ser transmitida por partículas no nível micro. O gráviton deve ser uma dessas partículas. O problema com grávitons – ou, mais precisamente, o primeiro de muitos problemas com grávitons – é que supostamente a gravidade não é uma força. A relatividade geral indica que a gravidade é uma distorção no espaço-tempo também prevê a possibilidade de ondas gravitacionais. É possível que essas ondas possam vir de determinados comprimentos de onda precisos, assim como os fótons, e estes podem ser grávitons.
Grávitons e Teoria das Cordas
Mesmo sem observar grávitons, os cientistas sabem algumas coisas sobre eles. Eles sabem – porque a gravidade é uma força com um alcance infinito – que grávitons não devem ter massa. Isso os coloca no time dos “bósons”, na companhia de fótons e glúons. Os cientistas também sabem que grávitons tem um spin (giro) 2, o que os torna único entre as partículas. As propriedades combinadas significa que, se os cientistas forem capazes de definir um evento envolvendo uma misteriosa partícula sem massa e de spin 2, eles saberão que estarão olhando para um gráviton.
Este não é, no entanto, um problema importante. Para entender isso, vamos voltar para fótons e elétrons. Quando um elétron cai de um nível para outro, aparece um fóton. Quando os fótons decaem, ou não se movem, eles não produzem um segundo fóton. O movimento de elétrons produz fótons. O movimento dos fótons não produz mais fótons. Há momentos ocasionais quando os fótons podem fazer coisas estranhas. Eles podem dividir-se em pares de elétrons e pósitrons, que podem produzir mais fótons, e que então se recombinarem em um fóton novamente. Embora esta explosão de partículas possa ficar agitada, ela não produz uma ramificação de cadeia interminável de fótons. Devido a isso, interações de fótons e elétrons são renormalizáveis. Eles podem ficar estranhos, mas eles não podem se tornar intermináveis.
Grávitons não são tão mansos. Enquanto os fótons são gerados pelo movimento de elétrons, grávitons são criados por energia e massa. Grávitons não tem massa, mas eles carregam energia. Isso significa que um gráviton pode criar mais grávitons.
Como outras partículas quânticas, grávitons podem transportar uma grande quantidade de energia, ou impulso, quando confinado a um pequeno espaço. Dois grávitons estão em um pequeno espaço, um ao lado do outro. Uma enorme quantidade de energia faz com que o gráviton recém-criado crie mais um gráviton. Este ciclo interminável de produção faz os grávitons renormalizáveis.
A teoria das cordas é invocado nestas situações porque grávitons renormalizáveis são como pontos. Cordas são mais longas do que os pontos, e assim a criação de gravitão fibrosos não é tão limitada no tempo e no espaço. Esse pouco de espaço mantém a criação de um gráviton tão enérgico que exige a criação de um outro gráviton, e faz com que a teoria seja renormalizável também.
Como podemos encontrar Grávitons?
Há instalações que buscam ondas gravitacionais, mas o lugar mais promissor para encontrar um gráviton é o Large Hadron Collider. O CERN estaria procurando algo que não está lá. As colisões entre partículas precisam ser equilibradas. Ao examinar uma colisão e os seus resultados, todo o momentum, a massa, energia e rotação precisam ser contabilizados.
Para complicar a questão, existe uma possibilidade de que grávitons podem estar enrolados em outras dimensões. Pode ser por isso que não temos sido capazes de vê-los até agora. O que os cientistas do CERN estariam procurando seria um buraco, em vez de um gráviton real. A energia e momentum equivaleria ao de um gráviton escapando – um gráviton que cintilou brevemente antes de ir para outras dimensões. Com certeza, o fato de que existem outras dimensões pode ofuscar a descoberta de grávitons, mas eles nunca quiseram glória, de qualquer maneira.