Experimento vai estudar vácuo quântico e buracos negros usando som

Redação do Site Inovação Tecnológica - 30/11/2020

A ideia é substituir a aceleração do observador pela aceleração de um feixe de laser.
[Imagem: Universidade de Nottingham]

Efeito Unruh

Você sabe que o vácuo não é vazio, com vários experimentos já tendo demonstrado que ele é repleto de partículas, que surgem e desaparecem o tempo todo.

E como, agora com sobrenome - vácuo quântico - já existem indícios de sua existência também em larga escala, os físicos o estão chamando de quinto elemento, ou quintessência, na prática trazendo de volta o milenar "éter", que se acredita ser a substância que permeia todo o espaço.

Assim, não é de estranhar uma ideia que acaba de ser proposta por uma equipe de físicos: Aproveitar o vácuo quântico para estudar o comportamento dos buracos negros.

Tudo começa com o "efeito Unruh", uma teoria que o físico William Unruh criou em 1976 para tentar combinar a física quântica com a teoria da relatividade. Muito antes de se confirmar que era possível extrair partículas do vácuo, o efeito Unruh previa que, se você voar por um vácuo quântico com extrema aceleração, o vácuo não se parecerá com um vácuo; em vez disso, ele se tornará um banho cheio de partículas com as quais você irá trombando, tornando sua experiência um banho bem quente.

Como não temos tecnologia para atingir a aceleração necessária para testar o efeito Unruh na prática - chegar quase à velocidade da luz em um microssegundo -, Cisco Gooding e seus colegas tiveram uma ideia melhor: Testar o efeito Unruh usando não as partículas virtuais que emergem do vácuo quântico a todo momento, mas partículas chamadas fônons, que são essencialmente "partículas de som" - ondas quantizadas de som seria um termo mais adequado.

Se o experimento funcionar, isso poderá dar informações que hoje não são levadas em conta nos modelos que explicam não apenas os buracos negros, mas também todos os objetos relativísticos, que se movem em velocidades muito elevadas pelo espaço.

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Alguns físicos defendem que a velocidade da luz pode variar e que o vácuo não existe.
[Imagem: K. Thorne/T. Carnahan/Caltech/NASA]

Simulando a aceleração

"Simular um sistema com outro tem sido especialmente útil para entender os buracos negros, uma vez que buracos negros reais são efetivamente inacessíveis," explicou Gooding, da Universidade de Nottingham, no Reino Unido. "Em contraste, análogos de buracos negros podem ser facilmente produzidos aqui mesmo no laboratório."

Isso também é verdadeiro para o efeito Unruh: Se a versão original não pode ser demonstrada por razões práticas, então outro sistema quântico pode ser criado e examinado para se observar o efeito.

Assim como uma partícula é uma "perturbação" no espaço vazio, existem perturbações no condensado de Bose-Einstein, pequenas irregularidades que se espalham em ondas, e essas ondas são descritas por fônons, ou seja, são essencialmente ondas sonoras. E essas irregularidades podem ser detectadas com feixes de laser especiais, capazes de perturbar ao mínimo o condensado de Bose-Einstein durante a medição.

A ideia é criar uma nuvem bidimensional de átomos ultrafrios (um condensado de Bose-Einstein) no qual as partículas de som, ou fônons, tornam-se audíveis para um observador acelerado no vácuo silencioso de fônons. O som não é criado pelo detector, ele está ouvindo o que está lá apenas por causa da aceleração (um detector não acelerado não ouviria nada).

"Se você mover o feixe de laser, de tal modo que o ponto de iluminação se mova sobre o condensado de Bose-Einstein, isso corresponde ao observador se movendo através do espaço vazio. Se você guiar o feixe de laser em movimento acelerado sobre a nuvem atômica, então você deve ser capaz de detectar distúrbios que não são vistos no caso estacionário - exatamente como um observador acelerado no vácuo perceberia um banho de calor que não existe para o observador estacionário," explicou o professor Jörg Schmiedmayer, da Universidade de Tecnologia de Viena, na Áustria.

A equipe já está planejando a realização de uma versão do experimento usando hélio superfluido. "É possível, mas consome muito tempo e há obstáculos técnicos para superar," disse Schmiedmayer. "Mas seria uma maneira maravilhosa de aprender sobre um efeito importante que antes se pensava ser praticamente inobservável.

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