Cientistas observaram o efeito da gravidade em partículas minúsculas pela primeira vez

Más notícias: os humanos provavelmente nunca irão explorar a área ao redor de um buraco negro, pelo menos enquanto estiverem vivos. Principalmente por que a maioria dos buracos negros estão muito longe, e mesmo que conseguíssemos viajar até eles, é improvável sobreviver a atração gravitacional exercida por eles. Isso singifica que se queremos estudar os efeitos malucos que a gravidade extrema possa ter, precisaremos ser criativos – o que foi exatamente o que um grupo internacional de pesquisadores acabou de fazer.

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Esses físicos estão relatando agora e chamada “anomalia gravitacional” em um tipo especial de material, chamado semimetal Weyl. Os resultados do artigo e a configuração do experimento podem ter aplicações importantes no curto prazo – os autores me contaram que as descobertas podem permitir que um dia você carregue seu celular apenas esfregando ele na sua perna. Mas outros estavam mais animados sobre como o relativamente novo semimetal Weyl permitirá a observação de efeitos gravitacionais em modelos estranhos.

“É a primeira vez que vimos isso dentro de um experimento, muito embora seja apenas por meio de uma analogia”, disse Subir Sachdev, professor de física de Harvard que não estava envolvido no estudo, ao Gizmodo. “De qualquer maneira, em todas as físicas, ninguém viu algo como isso antes”.

“Anomalia gravitacional” se refere a um efeito do formato que o próprio espaço-tempo pode ter no comportamento de férmions, a categoria de partículas na qual o elétron está incluso. Todas as partículas possuem uma propriedade inata chamada “spin”, e nos elétrons, os cientistas observam ele valor como “up” ou “down”. Além do mais, se os férmions não tiverem massa, eles devem estar sempre em movimento, de acordo com as leis da física – é isso o que coisas sem massa fazem. O spin pode apontar tanto para a mesma direção quanto para a direção oposta que as partículas estão se movendo – isso é chamado “quiralidade” ou lateralidade. A anomalia gravitacional diz que as mudanças no formato do espaço podem causar um desequilíbrio na lateralidade.

Não, os cientistas não conseguem alterar o formato do espaço-tempo em um laboratório. Em vez disso, eles precisaram de uma analogia muito boa para um férmion sem massa que viajaria por meio de um espaço-tempo deformado. Um tipo especial de cristal chamado semimetal Weyl serviu como “espaço”. Os semimetais Weyl são especiais porque seus elétrons se comportam como se não tivessem massa, sempre se movendo, explicou Karl Landsteiner da Universidade Autónoma de Madrid. Eles adicionaram um gradiente de temperatura que tinha como função servir como gravidade, e viram a simetria se quebrar – a lateralidade das partículas foi trocada, resultando em um desequilíbrio na quiralidade. Os pesquisadores publicaram seus resultados no periódico Nature.

“Então o que isso diz a respeito do mundo é que o efeito de anomalia gravitacional pode existir”, disse o autor do estudo, Johnannes Gooth da Universidade de Hamburgo e da IBM Research, ao Gizmodo.

Você pode pensar que temperatura e gravidade não são a mesma coisa e que isso não faz muito sentido. Isso pode até mesmo lembrar você do experimento realizado no ano passado no qual um cientista parecia provar que os buracos negros irradiavam, mas utilizou ondas sonoras em vez de partículas reais. Mas os cientistas com quem conversei, tanto aqueles envolvidos e não envolvidos com o estudo, me asseguraram que as teorias de Albert Einstein implicam que o gradiente de temperatura e o gradiente de energia na gravidade podem ser tratados de formas similares. Se algo funciona para um deles, deve funcionar para o outro.

“Ninguém duvida da analogia entre a radiação de energia e os campos gravitacionais”, conta Sachdev. “Isso é muito bom, na minha opinião”. E observar o efeito com a gravidade seria mais ou menos impossível. “Você precisaria de um campo gravitacional forte”, disse ele. “Provavelmente você precisaria ir próximo a um buraco negro, algo que nunca ninguém fez”.

Você pode estar se perguntando também por que a IBM se importa com isso. Além de ser uma prova bacana de que o formato do espaço em si pode influenciar as partículas, ter esse nível de controle nas cargas elétricas que se movimentam pode ter aplicações tecnológicas muito importantes. Existe um pensamento há muito tempo de que nós poderíamos gerar eletricidade simplesmente por meio de gradientes de calor, alterando as temperaturas em algum meio que gere eletricidade. “Mas esse é um processo muito ineficiente”, disse Gooth. Isso porque elétrons normais são ruins nesse processo de conversão de calor. “Mas acreditamos agora que com essa anomalia gravitacional podemos driblar certos limites e tornar essa conversão muito, muito eficiente”.

A ideia é que um dia essa anomalia gravitacional possa permitir que você carrega seu celular ao esfregá-lo na sua calça. Todo mundo com quem conversei pareceu concordar que essas aplicações ainda estão longe, e estavam muito animadas com a observação desse comportamento estranho nesse sistema estranho. E não há limite para imaginar onde mais isso pode ocorrer.

“Esta [anomalia gravitacional] é obedecida em todos os tipos de sistemas físicos”, diz Gooth. “Precisa ser obedecido pelas estrelas, o início do universo e nossos transistores”.

[Nature]

Image: US DOE/Public Domain