11/11/2022
Universo em miniatura de átomos de potássio super-resfriados "replica" a inflação cósmica!
Ao resfriar os átomos de potássio até o ponto em que os efeitos quânticos se instalam, os físicos conseguiram replicar algumas das características da inflação pós-Big Bang.
O problema com as teorias sobre o universo nas primeiras frações de segundo cruciais após o Big Bang é que elas são muito difíceis de testar. Não é como se pudéssemos criar um universo totalmente novo e vê-lo "explodir" para ver como as coisas funcionam. Pelo menos, é o que se poderia pensar, mas uma equipe da Universität Heidelberg fez algo parecido, recriando a expansão do universo primitivo em uma escala muito pequena.
Um dos modelos preferidos para a formação do universo é chamado de Teoria - ou hipótese, segundos alguns especialistas - da Inflação. Ela propõe que o universo se expandiu inimaginavelmente rápido – cerca de 10^ 26 vezes – antes de ter 10^ - ³² segundos de idade. Isso resolve muitos problemas com a estrutura que vemos no universo hoje, mas ainda tem muitos céticos.
Dado que o universo primitivo era incrivelmente quente, um conjunto de átomos resfriados a temperaturas alguns bilionésimos de grau acima do zero absoluto pode parecer uma maneira estranha de modelá-lo. No entanto, é isso que a estudante de doutorado Celia Viermann e coautores fizeram, inspirados por uma observação de quarenta anos dos paralelos entre ondas sonoras em fluidos e campos quânticos.
A equipe aproveitou o fato de que, nessas temperaturas, o potássio-39 se torna um superfluido, algo que flui com viscosidade zero. Ondas sonoras dentro de superfluidos, conhecidos como fônons, só podem ocorrer em níveis discretos de energia, análogos à geometria dos campos gravitacionais que se movem no espaço-tempo.
A equipe gerou rajadas curtas de ondas sonoras no centro de 23.000 átomos de potássio e depois manipulou sua velocidade com campos magnéticos. Essas manipulações criaram condições paralelas a um universo inflacionário recém-nascido.
Para aprofundar a comparação, os autores investigaram o comportamento das ondas quânticas dentro dos átomos. As ondas quânticas são as menores excitações permitidas pela física quântica dentro de um superfluido frio o suficiente para suprimir outras excitações. Em um News and Views, o professor Silke Weinfurtner da University of Nottingham escreve; “A teoria comum é que o Universo era desprovido de tudo, exceto excitações quânticas no início da inflação.”
O padrão impresso no superfluido correspondia às teorias do universo inflacionário. Entre outras coisas, viu o aparecimento espontâneo de pares de partículas, algo que se pensava ter sido comum naqueles loucos primeiros trilionésimos de femtosegundo. Essa produção de pares foi relatada pela primeira vez em experimentos de campo quântico no início deste ano.
A importância do trabalho não está apenas nas observações feitas, mas no controle preciso que os autores conseguiram demonstrar sobre seu sistema, indicando que ele pode ser ajustado no futuro para explorar diferentes modelos cosmológicos.
Como observa Weinfurtner, a lacuna entre o mapa e o terreno é vasta. O crescimento durante o período inflacionário foi equivalente à expansão do tamanho de um átomo para uma esfera de um ano-luz de diâmetro. O universo em miniatura de Viermann triplicou de tamanho durante o experimento, então não é realmente a mesma coisa.
Obs: As aspas do título em "replica" refletem exatamente o que o parágrafo acima diz.
No entanto, a equipe superou em muito a aspiração de Blake de “Ver um mundo em um grão de areia”, modelando todo o universo em algo muito menor do que podemos ver.
O jornal e as notícias e opiniões são ambos publicados na Nature: https://go.nature.com/3UQBXU9
Fonte: https://bit.ly/3UPjZBw
Jumar Vicenth
Não podemos ver o universo nos primeiros momentos cruciais após o Big Bang, quando ele se expandiu espetacularmente, mas modelos podem ser encontrados em lugares surpreendentes.
Créditos da imagem: Oreora/Shutterstock.com.
