Europa prepara laser que romperá a estrutura do Espaço-Tempo

terça-feira, 17 de maio de 2011

Tudo começa (e termina) no ELI – Extreme Light Infrastructure, uma iniciativa de 13 países europeus para pesquisas avançadas envolvendo “lasers”. Inicialmente o projeto terá três grandes instalações, na República Checa, Hungria e Romênia.
O primeiro passo será desenvolver o Apollon, um laser com potência de 10 petawatts. Para dar uma idéia, os lasers militares mais potentes não chegam a 500 kilowatts. Isso é 13 ordens de grandeza abaixo do que está sendo projetado.
O segredo é que os pulsos terão energia absurda mas duração pífia. A idéia é em 2013 estar disparando pulsos de 5 a 7 petawatts e atingir 10 PW em 2015. Todos com duração de 15 fentosegundos. Ou 15 * 10^-15 segundos.
Na segunda fase chegarão a lasers emitindo 20 petawatts de energia. Em ambas centenas de experimentos estão previstos, mas a pesquisa fica interessante mesmo é na terceira fase, prevista para ser ativada em 2017.
Nela, dez lasers Apollon serão combinados, gerando um pulso de 200 petawatts, 10^25 watts por centímetro quadrado com duração de 1.5 x 10^-14 segundos. Por uma fração infinitesimal o laser emitirá mais energia do que toda a produzida na Terra. Os lasers todos apontarão para um ponto onde atingirão nada, propriamente dito.
A expectativa é que, segundo os modelos teóricos a quantidade de energia eletromagnética concentrada em um ponto ínfimo consiga romper a própria estrutura do Espaço-Tempo, produzindo partículas virtuais detectáveis.
O conceito surgiu em 1930, quando o físico Paul Dirac criou o Mar de Dirac para explicar alguns estados quânticos dos elétrons. Para ele, existiria um infinito oceano de energia negativa, de onde derivariam os elétrons, assim seria impossível um elétron decair abaixo de um certo estado energético. Quando isso ocorresse seria criado um buraco no mar, com carga positiva. Esse buraco seria o pósitron, partícula de antimatéria só descoberta em 1932.



O modelo de Dirac não era muito elegante e foi superado, mas deu origem a vários outros conceitos, como o das flutuações quânticas, Teoria da Perturbação e Estados de Vácuo.
O conceito básico aqui é que na mecânica quântica trabalhamos com probabilidades. Uma partícula não “existe”, ela tem um potencial de existência, que nunca é zero.  É a probabilidade de que em algum ponto do espaço-tempo uma partícula exista não pode ser mensurada, pois seria afetada pelo Princípio da Incerteza de Heisenberg, mas pode ser calculada.
Com base nisso surgiu um modelo onde não há vácuo, mas um infinito oceano de probabilidades, onde pares de partículas e antipartículas podem surgir e se aniquilar em frações infinitesimais de tempo. São conhecidas como partículas virtuais.
Um dos fenômenos mais conhecidos causado por elas é o Efeito Casimir, proposto em 1948 e medido pela primeira vez em 1958. Duas placas metálicas sem carca, paralelas no vácuo. Quando a distância entre elas é muito pequena, na escala microscópica, algo muito estranho ocorre: elas se atraem. Ou se repelem.
Não é magnetismo, não é gravidade. Não é magia, é tecnologia. A Força Casimir-Polder é o resultado das partículas virtuais criadas pela perturbação causada pela existência das placas. É tão grande que em distâncias de 100 nanômetros atinge até uma atmosfera. Reposicionando as placas, o efeito some.
Também é possível detectar o Efeito Casimir entre objetos de formas diferentes. Na imagem abaixo um experimento do Professor Umar Mohindeen detecta o Efeito Casimir entre uma esfera e uma placa.

Uma das características das partículas virtuais é que elas não podem ser detectadas diretamente, por causa de sua breve existência, somente percebemos seus efeitos. Por isso o experimento com o laser é tão importante.
Ao destruir a estrutura local do espaço-tempo o raio irá interromper o processo de aniquilamento das partículas virtuais. Prótons e antiprótons, elétrons e pósitrons, fótons e antifótons que naturalmente seriam atraídos uns pelos outros e aniquilados serão arrancados pelo raio, deixando cada uma das partículas separadas.

É o mesmo princípio da Radiação de Hawking, que prevê que buracos negros perdem massa com o passar do tempo. Segundo Stephen Hawking, pares de partículas seriam criados por causa da perturbação gravitacional dos buracos negros e quando um par for criado com uma partícula dentro do horizonte de eventos e outra fora, uma será ejetada, à velocidade da luz. Com isso o buraco negro fica mais leve, pois não se tira energia do nada.
Como os buracos negros que o LHC cria são ínfimos, as chances de observar partículas virtuais via Radiação de Hawking vinda deles é muito pequena. Já o mega-laser do ELI fará isso direto.
Em resumo, teremos um laser capaz de rasgar a estrutura do espaço-tempo, criando uma perturbação no vácuo que forçará a criação de partículas virtuais, que por sua vez serão separadas de seus pares e se tornarão partículas reais.
Isso vai além da ficção científica, isso é literalmente a Criação.

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