Ciência e Espaço

O que seriam as “bolas Q” e como elas poderiam explicar nossa existência no universo

16/12/21 16h42

Imagem: Shpadaruk Aleksei - Shutterstock

É consenso entre os cientistas que todas as partículas de matéria comum têm um parceiro de antimatéria com características opostas – e que, quando a matéria interage com a antimatéria, as duas se aniquilam. Isso torna nossa existência um mistério, pois os cosmologistas têm certeza de que, no início do universo, quantidades iguais de matéria e antimatéria foram produzidas – e esses “parceiros” deveriam ter se destruído uns aos outros. 

No entanto, a matéria existe, e os pesquisadores estão, pouco a pouco, descobrindo os motivos. 

Uma razão potencial pode estar nas chamadas “bolas Q”, “protuberâncias” teóricas que se formaram nos primeiros momentos após o Big Bang, antes que o universo inflasse rapidamente como um balão. 

Nos primeiros momentos após o Big Bang, protuberâncias chamadas “bolas Q” teriam sido expelidas, contendo quantidades diferentes de matéria e antimatéria. Imagem: Luis G. Vergara – Shutterstock

De acordo com o site Live Science, esses objetos conteriam sua própria assimetria matéria-antimatéria, o que significa que dentro de cada bola Q existiriam porções desiguais de matéria e antimatéria. 

Desse modo, quando as bolas Q “estouraram”, elas teriam liberado mais matéria do que antimatéria – e desencadeado ondulações gravitacionais no espaço-tempo. 

Estrutura do universo é formada por diferentes campos quânticos

Agora, um estudo mais recente, publicado na revista Physical Review Letters, indica que, se esses objetos realmente existissem, poderíamos detectá-los usando ondas gravitacionais.

De acordo com a física de partículas, a estrutura do universo é coberta por diferentes campos quânticos, cada um dos quais descreve alguma propriedade (como o eletromagnetismo, por exemplo) em todos os pontos do espaço. As flutuações nesses campos dão origem às partículas fundamentais que constituem a nossa realidade física.

Para tentar visualizar como esses campos funcionam, imagine uma cama elástica com uma bola de boliche no centro. A forma que a bola de boliche dá à rede da cama elástica representa com quanto de energia qualquer ponto do campo está contribuindo para o universo – quanto mais próximo da depressão central, maior a energia potencial. Assim como a forma da superfície da rede governa como uma bola de gude rolaria ao redor da bola de boliche, a “forma” de um campo governa o comportamento do campo. 

Uma teoria proposta em 1985 pelos físicos Ian Affleck e Michael Dine, da Universidade de Princeton, busca explicar a assimetria matéria-antimatéria do universo dizendo que os campos que governavam aquela inflação inicial do cosmos semelhante a um balão tinham que ser muito rasos em ordem para que essa inflação ocorresse – ou seja, a bola de boliche no centro da cama elástica não era muito pesada. 

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E, da mesma maneira que uma bola de gude rolando em torno da depressão rasa de uma bola de boliche não ganha nem perde muita velocidade, a forma do campo significa que a energia que governa a inflação do universo permanece uniforme. 

Como a inflação requer essa uniformidade, a cama elástica não pode interagir muito fortemente com quaisquer outros campos (essencialmente outras camas elásticas) para criar partículas. No entanto, de acordo com a teoria de Affleck e Dine, esse campo interagia com outros de uma maneira que criava mais partículas de matéria do que partículas de antimatéria. Para se manter uniforme, o campo continha essas partículas em “pedaços”. 

“Esses pedaços são chamados de bolas Q. Eles são apenas pedaços de campo”, disse o autor principal do estudo mais recente, Graham White, físico do Instituto Kavli de Física e Matemática do Universo.

Dissolução das bolas Q geram ondas sonoras, que produzem ondas gravitacionais 

Segundo White, conforme o universo se expandia, essas bolas Q ‘pairavam’ por aí. “E, eventualmente, elas se tornam a parte mais importante do universo em termos de quanta energia há nelas em comparação com o resto do cosmos”.

Como não duram para sempre, quando as bolas Q desaparecem – salpicando o universo com mais matéria do que antimatéria – elas o fazem tão repentinamente que produzem ondas sonoras. 

De acordo com os pesquisadores, essas ondas sonoras atuam como uma fonte para as ondulações no espaço-tempo conhecidas como ondas gravitacionais, que podem ser medidas aqui na Terra por detectores como o Laser Interferometer Space Array (LISA) da Nasa, e o telescópio subterrâneo Einstein.

White acredita que estamos em um “ponto excitante” em que, se qualquer um dos paradigmas que tentam explicar a assimetria matéria-antimatéria do universo estiver correto, provavelmente será possível prová-lo. “Há um monte de máquinas que estaremos ligando na década de 2030 que podem ver essas ondas gravitacionais”, disse White. “Se os virmos, isso é realmente emocionante.” 

Mesmo que os detectores não consigam encontrar essas ondulações das bolas Q, isso também é uma boa notícia, segundo White, “porque significa que teorias mais simples estão provavelmente corretas – e são mais fáceis de testar”, disse ele. “Então, de certa forma, é um pouco impossível de perder”.

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