Ondas gravitacionais e Gráviton

13 de fevereiro, 2016 às 15:40 | Postado em Cosmologia, Interações fundamentais, Relatividade

Olá Queria saber se existe alguma relação entre a descoberta das ondas gravitacionais previstas por Einstein e o Graviton do Modelo Padrão. Com a descoberta dessa onda a teoria do Graviton ainda é valida?

As medidas das ondas gravitacionais não corrobora diretamente a hipóteses sobre gravitons pois a medida é realizada no contexto da teoria clássica da relatividade geral, como discutimos em detalhe abaixo.

As ondas gravitacionais são ondulações na curvatura do espaço-tempo que se propagam como ondas, divergindo da sua fonte. Foram previstas  em 1916 por Albert Einstein a partir da sua Teoria da Relatividade Geral (trata a gravitação de modo consistente como uma teoria “geométrica” onde há relação direta entre a estrutura do espaço-tempo e matéria-energia). As ondas gravitacionais teoricamente devem transportar energia como radiação gravitacional e suas fontes detectáveis podem incluir sistemas estelares binários compostos de anãs brancas, estrelas de nêutrons ou buracos negros (que foi o caso observado diretamente pela colaboração LIGO).

Entretanto, a Teoria da Relatividade Geral (TRG) de Einstein é uma teoria clássica na física (ou seja, não leva em conta aspectos quânticos).  A TRG tem seu caráter clássico tanto quanto a eletrodinâmica descrita pelas equações de Maxwell descreve as ondas eletromagnéticas, onde a luz é uma parte do seu espectro. Sabemos, apesar disso, que a descrição mais fundamental da natureza é de caráter quântico. A quantização da eletrodinâmica clássica, chamada de Eletrodinâmica Quântica (QED) , é uma teoria com alto poder preditivo e testada com alta precisão. Nesta teoria quântica da eletrodinâmica, os fótons são as partículas intermediadoras da interação eletromagnética e são os blocos fundamentais das ondas eletromagnéticas clássicas. Na teoria quântica, as ondas eletromagnéticas clássicas são constituidas de um grande número de fótons, cada um deles com energia E = h*nu, onde “h” é a constante de Planck e “nu” é a frequencia da onda clássica.
Neste contexto de quantização de teorias fundamentais, os gravitons são os análogos dos fótons para o caso eletromagnético. Ou seja,  eles são os intermediadores das interações gravitacionais numa versão quantizada da gravitação (esta é uma questão teórica ainda em aberto na física — a quantização da gravitação).  Portanto, os fótons são os blocos constituintes da luz e gravitons seriam os blocos constituintes das ondas gravitacionais em nível quântico.

Lembremos que o Modelo Padrão das partículas elementares é constituido pela versão quantizada das teorias eletromagnética (a QED) e as teorias quânticas para a interação forte (a QCD) e fraca (descrita no contexto da teoria unificada eletrofraca de Glashow-Weinberg-Salam). As tentativas de construir uma teoria quantizada da gravitação estão em andamento nas últimas décadas e sabemos que o procedimento de quantização utilizado nas outras teorias fundamentais para o caso da gravitação não produz resultados positivos (a teoria correspondente é não renormalizável em altas energias). Também, a detecção de grávitons via uso de aceleradores é prejudicada pela seção de choque extremamente pequena para  a produção destas partículas.  Uma linha de trabalho conhecida sobre assunto são as Teorias de Cordas, que são teorias quânticas da gravidade no sentido que elas se reduzem a TRG mais teoria quântica em baixas energias.  Estas teorias são matematicamente consistentes e desenvolvidas usando mecânica quântica, incluindo o conceito teórico dos grávitons. Finalmente, apesar dos experimentos que detectam ondas gravitacionais não detectares grávitons individuais, eles podem fornecer informações sobre certas propriedades dos grávitons se pensarmos que ondas gravitacionais são estados coerentes de muitos grávitons (por exemplo, se grávitons têm massa ou não).

Outras postagen do CREF sobre ondas gravitacionais:

Mais sobre a detecção de ondas gravitacionais

Comentários no Facebook

Stefano Finazzo – O LIGO já divulgou limites para a relação de dispersão de ondas gravitacionais. O limite é que um termo de massa na relação de dispersão é < 10^(-22) eV. (Deixando claro que tudo isso é estritamente clássico. Mesmo se uma relação de dispersão não trivial fosse detectada, isso diria respeito à validade da relatividade geral, e nada sobre grávitons ou algo assim).

Magno Machado – Obrigado. A medida das ondas é realmente um teste em escala clássica (astronômica). Efeitos quânticos não podem ser testados diretamente por estas medidas. Não se se ficou claro no meu texto.

Vizualizações entre 27 de maio de 2013 e novembro de 2017: 1903.