Física
Busca das dimensões ocultas
IFT participa de experimento que tenta provar que universo não é apenas tridimensional

Descobrir uma outra dimensão espacial, além das três conhecidas – altura, comprimento e largura –, pode parecer algo tão espantoso quanto ver um desenho numa folha de papel se tornar tridimensional e sair andando pelo mundo. Muitos cientistas, no entanto, argumentam que apenas a existência de uma dimensão extra explicaria relações ainda misteriosas entre as forças observadas no universo, como gravidade, eletromagnetismo e forças nucleares.

Pesquisadores do Instituto de Física Teórica (IFT) da UNESP integram os estudos em nível internacional para verificar a validade das teorias sobre dimensões desconhecidas. Com a ajuda de softwares e redes de computadores, eles analisam as colisões de partículas subatômicas – no caso, prótons e antiprótons – realizadas no maior acelerador de partículas em atividade, o Tevatron, instalado no Fermilab (Laboratório Acelerador Nacional Fermi), em Illinois, nos EUA.

Coordenado por Sérgio Novaes, docente do IFT, o Centro Regional de Análises de São Paulo (Sprace, em inglês) participa de uma colaboração entre 664 físicos de 83 instituições de 18 países, além de atuar em outros projetos (leia o quadro). Essa rede de especialistas opera o DZero, um dos dois detectores do Tevatron que registram e analisam os rastros deixados por partículas elementares.

Além do controle feito pelos funcionários do Fermilab, há um rodízio entre os grupos de pesquisa, que supervisionam on-line o funcionamento do experimento. “É um esforço mundial para descobrir de que o universo é feito”, afirma Eduardo Gregores, integrante do Sprace.

Espaço reduzidíssimo

O Tevatron é um anel de 6 km de circunferência e o DZero tem a altura de um prédio de cinco andares. Ao longo do anel, eletroímãs aceleram prótons e antiprótons em direções opostas. Os primeiros são partículas presentes em todos os núcleos atômicos, enquanto os últimos são partículas parecidas, mas de carga elétrica oposta. Concentrados em feixes da espessura de um fio de cabelo, eles colidem entre si milhões de vezes por segundo. O DZero detecta e registra digitalmente o resultado das colisões, e softwares especiais selecionam dados que são armazenados para futuras análises, como as do Sprace.

Sérgio Lietti, que também faz parte do grupo do IFT, ressalta que outras dimensões possivelmente não foram detectadas devido ao seu tamanho reduzidíssimo. Percorrer sua extensão seria como dar a volta em um círculo inacessível até mesmo para a maioria das partículas elementares.

Lietti compara a condição dessa dimensão oculta a uma corda estendida num circo, na qual o equilibrista só pode ir e vir. “Já uma formiga poderia tanto ir para frente e para trás, como para baixo e para cima, dando voltas em torno da corda”, comenta. “A formiga é pequena o suficiente para explorar a segunda dimensão da superfície da corda.”

Os físicos acreditam que as partículas elementares sejam como pontos infinitesimais dotados de energia. Quanto mais energia elas tiverem, menor poderá ser o tamanho das coisas que as afetariam. Por isso, se uma dimensão extra fosse extensa o suficiente para influir sobre as partículas aceleradas no Tevatron, os efeitos de sua existência seriam detectáveis.

Criação e destruição

Quando próton e antipróton colidem, ambos desaparecem. Em seu lugar surge uma cascata de outras partículas. Os físicos analisam essa mudança por meio da teoria quântica dos campos, que descreve a transformação de algumas partículas em outras. De acordo com os especialistas, podem surgir, depois da colisão, partículas aparentadas de velhos conhecidos como os fótons, que seriam capazes de viajar por uma dimensão extra. Os teóricos as chamam de partículas de Kaluza-Klein, ou de estados KK.

“Antes, havia a Lei de Lavoisier: nada se cria, nada se perde, tudo se transforma. A teoria quântica dos campos virou essa frase do avesso”, explica Gregores. “O que sabemos hoje é que a transformação é um processo de destruição e de criação. Precisamos concentrar energia para que do vácuo surjam novas partículas.”

A quantidade e as características das partículas detectadas (mésons, múons, elétrons, neutrinos, fótons, etc.) dependem da energia do par próton/antipróton e das leis do chamado modelo padrão – a teoria voltada para a identificação das partículas fundamentais. Ao aumentar a energia, os frutos da colisão começariam a depender de fatores desconhecidos, como as possíveis dimensões extras.

Simulação virtual

A pesquisa do Sprace conta com a participação de um especialista em dimensões extras, Greg Landsberg, da Universidade de Brown, Rhode Island, EUA, que já foi o coordenador do DZero para buscas por novos fenômenos. Landsberg explica que, hoje, ele e o Sprace procuram a melhor maneira de simular em computador os sinais que a criação de estados KK produziria no DZero.

Nesse processo, os pesquisadores precisarão levar em conta também todos os processos conhecidos que poderiam deixar marcas parecidas – os chamados eventos de fundo (background). O passo seguinte será comparar o sinal e o fundo simulados em computador com os dados reais do DZero.

Gregores dá uma idéia da chance, se houver dimensões extras, de acontecer o evento que a equipe procura, entre todos os possíveis no Tevatron. “É como se tivessemos que achar um grãozinho pintado de azul, perdido no meio de um tanque com 10 milhões de toneladas de areia, algo como umas cinqüenta praias de Copacabana”, compara.

Igor Zolnerkevic