Pegadas de transições de fase no início do universo

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Pegadas de transições de fase no início do universo
Ondas gravitacionais produzidas pelas transições de fase da matéria logo após o Big Bang poderiam
fornecer novos insights sobre a física de partículas.
É possível detectar uma onda gravitacional nascida quase imediatamente após o Big Bang? Em um
novo estudo, uma equipe internacional de físicos teóricos propõe que em algumas décadas isso pode
ser possível usando o próximo telescópio espacial LISA.
Essas ondas provavelmente foram emitidas durante as transições de fase da matéria que ocorreram no
início do universo e poderiam ajudar a elucidar processos fundamentais que ocorreram durante os
primeiros momentos após o Big Bang.
Transições de fase nos primeiros momentos do universo
Transições de fase, como o derretimento do gelo ou transformar o grafite em diamante sob pressão
intensa, são fenômenos comuns. São mudanças abruptas e qualitativas nas propriedades de uma
substância e geralmente ocorrem quando um sistema físico se aproxima de uma temperatura crítica
específica. Muitos físicos acreditam que as transições de fase aconteceram nos primeiros momentos
após o Big Bang, quando toda a matéria no universo era um plasma extremamente quente e denso.
Como o universo se expandiu, a temperatura do plasma diminuiu, possivelmente causando transições
de fase que devem ter procedido através da criação, expansão e fusão de bolhas da nova fase dentro do
antigo, assim como bolhas de vapor se comportam em água fervente. Esses processos no plasma
https://lisa.nasa.gov/
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primordial teriam produzido poderosas ondas gravitacionais – ondulações na geometria do espaço-
tempo – cuja forma e amplitude dependem dos detalhes da transição.
Um grupo de físicos da Finlândia, Espanha e Reino Unido calculou as propriedades das ondas
gravitacionais produzidas por essas transições e descobriu que, se a temperatura crítica fosse de cerca
de dez quatrilhões de Kelvin, as ondas gravitacionais que elas geraram poderiam ser detectadas pelo
telescópio espacial extremamente sensível, o LISA – um projeto conjunto entre a NASA e a Agência
Espacial Europeia programado para lançamento não antes de 2037.
Novos insights sobre física de partículas
Os cálculos dos físicos foram realizados usando uma técnica conhecida como dualidade holográfica, um
método que permite aos cientistas mapear cálculos complicados na teoria quântica de campos - uma
estrutura para descrever interações de partículas elementares - a problemas mais tratáveis na teoria das
cordas, que vivem em um espaço-time de dez dimensões fictício.
De acordo com a hipótese holográfica, para cada quantidade mensurável na teoria quântica de campos,
existe um análogo na teoria das cordas dezdimensionais. A validade desta dualidade foi verificada em
centenas de artigos por cálculos diretos de várias quantidades na teoria quântica de campos e na teoria
das cordas, que deu os mesmos resultados.
No presente estudo, a dualidade holográfica ajudou os físicos a analisar importantes propriedades da
transição, como a temperatura de nucleação da bolha e a taxa de transição de fase, entre outras. No
entanto, eles foram incapazes de calcular a velocidade de expansão da bolha da transição de fase e
tiveram que usar uma estimativa dessa quantidade obtida anteriormente de um sistema físico
semelhante.
Alguns dos parâmetros da transição de fase foram mais fáceis de calcular, pois as duas fases podem ser
consideradas como existindo em um equilíbrio, ou neste caso, um “quase-equilíbrio”. A velocidade de
expansão, por outro lado, é uma quantidade totalmente não-equilírio, tendo sido computada apenas em
várias aproximações.
A física dessas transições de fase primordiais vai além do Modelo Padrão de partículas elementares. Ao
detectar as ondas gravitacionais que eles criaram, os cientistas esperam ganhar uma riqueza de
informações e novos insights sobre a física de partículas em energias extremamente altas que até
mesmo aceleradores gigantes como o Grande Colisor de Hádrons não conseguiram fornecer até agora.
Referência: F?anor Reuben Ares, et al., Ondas gravitacionais em Acoplamento Forte de uma Ação
Eficaz, Phys. Rev. Lett. (úblina). 128, 131101 (2022), DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.131101
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