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Gráviton – Os grávitons e a teoria quântica da gravitação

O gráviton é uma suposta partícula elementar, responsável por transmitir a força da gravidade em sistemas de gravitação quântica. Esta partícula é prevista em vários modelos teóricos da física quântica, que visam unificar a gravidade com os fenômenos quânticos, mas sua existência ainda não foi comprovada experimentalmente. Esses modelos a descrevem como uma partícula sem massa (pois a força gravitacional aparenta ter alcance ilimitado), e espera-se um Bóson de dois spins.

A gravidade é a única força fundamental que não possuí um quantum (partícula elementar), e segundo a teoria dos grávitons, o movimento de um corpo iria produzir um sinal de informação que muito rápido, mas não nulo, que passaria para o outro corpo interagindo por meio de massa, e ajustando assim a força da gravidade para a nova distância entre os dois corpos (de acordo com a relatividade geral a velocidade será igual a da luz).

Teoria dos grávitons

De acordo com as previsões teóricas, os grávitons sempre devem exercer uma força atrativa (na verdade, a gravidade não é repulsiva), e agir a qualquer distância (a gravidade é uma força que age através de grandes distâncias). Na teoria quântica, essas características definem um bóson (com spin igual a dois neste caso), e massa de repouso igual à zero.

Gráviton: Campo gravitacional

Gráviton: Campo gravitacional

Na gravitação quântica, os grávitons desempenham o mesmo papel que os fótons (partículas elementares do eletro magnetismo), no âmbito da eletrodinâmica quântica. Neste caso, os fótons são continuamente criados e destruídos por partículas carregadas, e interações com esses fótons produzem as forças macroscópicas com as quais estamos familiarizados, como o magnetismo.

Detectando o gráviton

Dado o grande sucesso ao grande sucesso dos físicos ao descrever o vasto número de forças no universo, parecia natural que o mesmo método também fosse funcionar bem com gravidade, porém isso não ocorreu ainda. Houve muitas tentativas para descrever o gráviton (que vale lembrar até agora não foi observado diretamente), esperando que ele funcionasse de um modo semelhante ao de fótons. Esperava-se que isso levaria rapidamente a uma teoria quântica da gravitação, embora a formalização matemática não tivesse livre de obstáculos, mas tais expectativas se mostraram erradas.

Teorias deste tipo precisam que o gráviton funcione de modo semelhante aos fótons, mas ao contrário da eletrodinâmica, onde os fótons atuam diretamente um sobre o outro, e sobre partículas carregadas, a gravidade não funciona de maneira tão simples. Comportamentos observados mostram que a gravidade é criada por qualquer forma de energia (a massa é simplesmente uma forma condensada), e é difícil de descrever os grávitons de forma semelhante aos fótons. Até hoje, todas as tentativas para criar uma teoria quântica consistente da gravitação falharam.

Não obstante as falhas algumas abordagens indiretas de observação podem se mostrar promissoras, como por exemplo, usar a cosmologia para estabelecer a quantização de gravidade por meio de simulações de computador baseadas em ondas gravitacionais.

Detectar se os grávitons existem, seria algo muito problemático, pois essas partículas possuiriam muito pouca energia e localizá-las seria muito complicado, mas a sua descoberta iria unir a teoria quântica com a gravidade.

Note-se que uma teoria quântica da gravidade não exige necessariamente um gráviton; por exemplo, a teoria LQG, (gravidade quântica em loop) não tem uma partícula semelhante.

Referências

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  3. WILL, Clifford M.. Bounding the mass of the graviton using gravitational-wave observations of inspiralling compact binaries.Physical Review D, [s.l.], v. 57, n. 4, p.2061-2068, 15 fev. 1998. American Physical Society (APS). http://dx.doi.org/10.1103/physrevd.57.2061.
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Escrito por Equipe de Redação Ciências e Tecnologia

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