Buracos negros em 5 dimensões e o plasma de quarks e glúons

Um dos maiores desafios da física moderna é conciliar a relatividade geral com a mecânica quântica num único arcabouço teórico. Nesse contexto, um dos caminhos mais promissores é a teoria de supercordas, que postula que as partículas que observamos na natureza são minúsculas cordas vibrando num espaço-tempo com dimensões espaciais extra, além das três vivenciadas no cotidiano.

As dimensões extra são em geral tidas como pequenas demais para serem detectadas em nossos experimentos atuais, mas os físicos se esforçam por extrair predições da teoria que deem pistas indiretas de que estão no caminho certo. 

Um progresso nesse sentido foi apresentado por Romulo Rougemont e Jorge Noronha, do Instituto de Física da USP, em São Paulo, e Jacquelyn Noronha-Hostler, da Universidade Columbia, em Nova York em trabalho recente.

Eles simularam em computador as propriedades de 250 mil buracos negros em cinco dimensões e com isso calcularam, pela primeira vez, como a carga de bárions – a diferença no número de quarks e antiquarks – se difunde por um estado da matéria conhecido como plasma de quark-gluon quando esse sistema tema mais matéria que antimatéria – exatamente como acontece em colisões ultra-relativísticas promovidas entre núcleos pesados no RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider).

O quark-glúon plasma se forma quando matéria comum é aquecida a temperaturas milhares de vezes mais altas que as atingidas no interior do Sol. Nesse estado, os prótons e nêutrons se desfazem em um amálgama de quarks e glúons que flui como um fluido perfeito num espaço apenas um pouco maior que o tamanho de um único próton.

"As técnicas que empregamos para estudar as propriedades de difusão da carga de bárions no plasma de quark-gluon são baseadas num dos grandes avanços recentes em física teórica envolvendo teoria de supercordas – a correspondência holográfica – que estabelece uma equivalência surpreendente entre certas teorias quânticas em nosso espaço-tempo usual de quatro dimensões com a física de buracos negros em dimensões mais altas", escreveram os autores.

A ideia é usar a física de buracos negros em cinco dimensões – que não podemos observar diretamente – para sondar propriedades do plasma de quark-gluon – que pode ser recriado em laboratório.

O trabalho foi publicado em 11 de novembro de 2015 na "Physical Review Letters".

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