Para que o vazio deixe de ser vazio
Um vácuo é um lugar onde, mesmo que você não o veja, muita coisa acontece. No entanto, descobrir o que exatamente requer tanta energia que até recentemente parecia impossível para os cientistas olharem para o mundo das partículas virtuais. Quando algumas pessoas param em tal situação, é impossível para outras encorajá-las a tentar.
De acordo com a teoria quântica, o espaço vazio é preenchido com partículas virtuais que pulsam entre o ser e o não-ser. Eles também são completamente indetectáveis - a menos que tivéssemos algo poderoso para encontrá-los.
"Normalmente, quando as pessoas falam sobre um vácuo, elas querem dizer algo que está completamente vazio", disse o físico teórico Mattias Marklund, da Chalmers University of Technology, em Gotemburgo, Suécia, na edição de janeiro da NewScientist.
Acontece que o laser pode mostrar que não está tão vazio assim.
Elétron em um sentido estatístico
Partículas virtuais são um conceito matemático nas teorias quânticas de campo. São partículas físicas que manifestam sua presença por meio de interações, mas violam o princípio da casca da massa.
Partículas virtuais aparecem nas obras de Richard Feynman. De acordo com sua teoria, cada partícula física é de fato um conglomerado de partículas virtuais. Um elétron físico é na verdade um elétron virtual emitindo fótons virtuais, que decaem em pares virtuais de elétron-pósitron, que por sua vez interagem com fótons virtuais - e assim por diante. O elétron "físico" é um processo contínuo de interação entre elétrons virtuais, pósitrons, fótons e possivelmente outras partículas. A "realidade" de um elétron é um conceito estatístico. É impossível dizer qual parte deste conjunto é realmente real. Sabe-se apenas que a soma das cargas de todas essas partículas resulta na carga do elétron (ou seja, para simplificar, deve haver um elétron virtual a mais do que pósitrons virtuais) e que a soma das massas de todas as partículas criam a massa do elétron.
Os pares elétron-pósitron são formados no vácuo. Qualquer partícula carregada positivamente, por exemplo, um próton, atrairá esses elétrons virtuais e repelirá pósitrons (com a ajuda de fótons virtuais). Este fenômeno é chamado de polarização do vácuo. Pares elétron-pósitron girados por um próton
eles formam pequenos dipolos que mudam o campo do próton com seu campo elétrico. A carga elétrica do próton que medimos, portanto, não é a do próton em si, mas de todo o sistema, incluindo os pares virtuais.
Um laser em um vácuo
A razão pela qual acreditamos que existem partículas virtuais remonta aos fundamentos da eletrodinâmica quântica (QED), um ramo da física que tenta explicar a interação de fótons com elétrons. Desde que essa teoria foi desenvolvida na década de 30, os físicos têm se perguntado como lidar com o problema das partículas que são matematicamente necessárias, mas que não podem ser vistas, ouvidas ou sentidas.
O QED mostra que, teoricamente, se criarmos um campo elétrico suficientemente forte, os elétrons virtuais acompanhantes (ou formando um conglomerado estatístico chamado elétron) revelarão sua presença e será possível detectá-los. A energia necessária para isso deve atingir e ultrapassar o limite conhecido como limite de Schwinger, além do qual, como se expressa figurativamente, o vácuo perde suas propriedades clássicas e deixa de ser "vazio". Por que não é tão simples? De acordo com as suposições, a quantidade necessária de energia deve ser igual à energia total produzida por todas as usinas de energia do mundo - mais um bilhão de vezes.
A coisa parece fora do nosso alcance. Como se vê, no entanto, não necessariamente se usarmos a técnica de laser de pulsos ópticos ultracurtos e de alta intensidade, desenvolvida na década de 80 pelos vencedores do Prêmio Nobel do ano passado, Gérard Mourou e Donna Strickland. O próprio Mourou disse abertamente que os poderes de giga, tera e até petawatt alcançados nesses superdisparos a laser criam uma oportunidade para quebrar o vácuo. Seus conceitos foram incorporados no projeto Extreme Light Infrastructure (ELI), apoiado por fundos europeus e desenvolvido na Romênia. Existem dois lasers de 10 petawatts perto de Bucareste que os cientistas querem usar para superar o limite de Schwinger.
No entanto, mesmo que consigamos quebrar as limitações energéticas, o resultado - e o que eventualmente aparecerá aos olhos dos físicos - permanece altamente incerto. No caso das partículas virtuais, a metodologia de pesquisa começa a falhar e os cálculos não fazem mais sentido. Um cálculo simples também mostra que os dois lasers ELI geram muito pouca energia. Mesmo quatro pacotes combinados ainda são 10 vezes menos do que o necessário. No entanto, os cientistas não desanimam com isso, porque consideram esse limite mágico não uma fronteira pontual nítida, mas uma área gradual de mudança. Então eles esperam alguns efeitos virtuais mesmo com doses menores de energia.
Os pesquisadores têm várias ideias sobre como fortalecer os feixes de laser. Um deles é o conceito bastante exótico de espelhos refletores e amplificadores que viajam na velocidade da luz. Outras ideias incluem amplificar os feixes colidindo feixes de fótons com feixes de elétrons, ou colidindo feixes de laser, que os cientistas do centro de pesquisa da Estação Chinesa de Luz Extrema em Xangai dizem querer realizar. Um grande colisor de fótons ou elétrons é um conceito novo e interessante que vale a pena observar.
