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CIENTISTAS PROPÕEM UM NOVO MÉTODO PARA SONDAR A HISTÓRIA EVOLUTIVA DO UNIVERSO

CIENTISTAS PROPÕEM UM NOVO MÉTODO PARA SONDAR A HISTÓRIA EVOLUTIVA DO UNIVERSO

Edição Vol. 3, N. 11, 06 de Junho de 2016

DOI: http://dx.doi.org/10.15729/nanocellnews.2016.06.06.004

Como o universo começou? E o que veio antes do Big Bang? Cosmólogos têm feito essas perguntas desde quando se descobriram que o nosso universo está em expansão. Outros, como nós mesmos que não somos da área, ou se não todos, já fizemos essas perguntas ao menos alguma vez enquanto vivos… As respostas não são fáceis de se determinar. O início do cosmos é camuflado e escondido da vista dos nossos telescópios mais poderosos. No entanto, observações que fazemos hoje podem dar pistas sobre a origem do universo. Uma nova pesquisa sugere uma maneira inusitada de se sondar o início do espaço e tempo para determinar qual das teorias concorrentes está correta.

Bom, primeiro temos que saber quais são essas teorias que competem entre si.

O cenário teórico mais aceito para o início do universo é a inflação, não a nossa que corrói nossa economia, embora se assemelhe pelo mesmo significado de inflar, crescer, expandir… A teoria inflacionária do universo prevê que este se expandiu a uma taxa exponencial na primeira fração fugaz de um segundo. No entanto, um número de cenários alternativos foi sugerido, alguns prevendo um Big Crunch (uma grande contração do universo. Primeiro ele é grande e imenso, como agora, e depois torna-se como um ponto, o início de tudo) anterior ao Big Bang (o ponto inicial que explode e se expande formando o universo atual). Essa teoria sugere que o universo sai do estado de um ponto para o universo “infinito”. Quando perde energia volta a se contrair, até ao ponto inicial. Então, o ciclo recomeça com o Big Bang e volta ao Big Crunch. O truque é encontrar medidas que podem distinguir entre estes cenários.

Screen Shot 2016-06-06 at 6.29.10 PMFigura 1: Uma nova pesquisa do Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) sugere que partículas pesadas oscilantes geram “relógio” no universo primordial que poderia ser usado para determinar o que produziu as condições iniciais que deram origem ao universo. Fonte: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

Uma fonte de informações promissora sobre o início do universo é a radiação cósmica de fundo (do inglês, cosmic microwave background, CMB) – o brilho remanescente do Big Bang que permeia todo o espaço. Esse brilho aparece suave e uniforme no início, mas após uma inspeção mais próxima varia em pequenas quantidades. Essas variações vêm de flutuações quânticas presentes no nascimento do universo que têm sido esticadas com a expansão do universo.

A abordagem convencional para distinguir diferentes cenários procura possíveis traços de ondas gravitacionais, geradas durante o universo primordial, na CMB. No trabalho do grupo do Dr. Xingang Chen, eles estão propondo uma nova abordagem que poderia permitir-nos revelar diretamente a história evolutiva do universo primordial a partir de sinais astrofísicos (1). Esta história é única para cada cenário.

Enquanto os estudos experimentais e teóricos anteriores fornecem pistas sobre as variações espaciais no universo primordial, eles perdem o elemento-chave do tempo. Sem um relógio para medir a passagem do tempo, a história evolutiva do universo primordial não pode ser determinada de forma inequívoca (1).

Imagine que você pegou os quadros de um filme e os empilhou, todos eles, de maneira totalmente aleatoriamente em cima uns dos outros. Se os quadros não são rotulados com um tempo, você não pode colocá-los em ordem. Será que o universo primordial se comprimiu ou explodiu? Ou de outra forma, será que o universo primordial sofre um Big Crunch ou um Big Bang? Se você não sabe se o filme está sendo executado para a frente ou no sentido inverso, você não pode dizer a diferença.

Esta nova pesquisa sugere que esses “relógios”, de fato, existem, e podem ser utilizados para medir a passagem do tempo no momento do nascimento do universo. Estes relógios assumem a forma de partículas pesadas, que são um produto esperado da “teoria de tudo” que irá unir a mecânica quântica e a relatividade geral. Eles são nomeados os “relógios padrão primordiais.”

Partículas pesadas subatômicas se comportarão como um pêndulo, oscilando para trás e para frente de forma universal e padrão. Eles podem até mesmo fazê-lo quantum-mecanicamente sem ser empurrados inicialmente. Essas oscilações ou movimentos quânticos (nos 4 sentidos, para cima e para baixo, e da esquerda para a direita) agiriam como relógios “carrapatos”, colando sobre os quadros de filmes e adicionando etiquetas de tempo sobre a pilha deles em nossa analogia.

Carrapatos desses relógios padrão primordiais criariam movimentos quânticos correspondentes em medições da radiação cósmica de fundo, cujo padrão é único para cada cenário. No entanto, os dados atuais não são precisos o suficiente para detectarem essas pequenas variações (1).

Experimentos em curso devem melhorar muito a situação. São projetos de ciência básica que as grandes potências mundiais financiam, enquanto nossos governos não dão o merecido valor às ciências de nosso País. Projetos como BICEP3 e Keck Array, e muitas outras experiências relacionadas em todo o mundo, reunirão dados precisos primorosamente CMB, ao mesmo tempo que eles estão procurando ondas gravitacionais. Se os movimentos quânticos dos relógios padrão primordiais são fortes o suficiente, os experimentos devem encontrá-los na próxima década. Evidências que apoiam podem vir de outras linhas de investigação, como mapas da estrutura em larga escala do universo, incluindo galáxias e hidrogênio cósmico.

E uma vez que os relógios padrão primordiais seriam um componente da “teoria de tudo”, encontrando-os também proveriam evidências para a física além do Modelo Padrão em uma escala de energia inacessível para os aceleradores da terra.

Referências

1.Chen X, Namjoo MH, Wang Y. Quantum Primordial Standard Clocks. Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. 2016;2:41.

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