Teoria das Supercordas

O período de 1984 a 1986 ficou conhecido como o da primeira revolução da teoria das supercordas. Durante esses três anos, mais de mil artigos de investigação em teoria de cordas foram escritos por físicos de todo o mundo. Estes trabalhos mostraram que muitas das propriedades do modelo padrão, propriedades essas, que tinham sido descobertas ao longo de décadas de investigação, emergiam natural e simplesmente da estrutura maior da teoria de cordas.

Para muitas destas propriedades, a teoria das cordas oferece uma explicação muito mais completa e satisfatória do que a encontrada no modelo padrão. O modelo padrão vê os constituintes fundamentais do universo como “ingredientes” pontuais, sem qualquer estrutura interna e como também não inclui a gravidade não pode ser candidata a teoria completa ou final.

Estes desenvolvimentos convenceram muitos físicos de que a teoria de cordas estava no bom caminho para cumprir o seu papel promissor de ser a teoria unificada final [15]. A partir destes princípios, a teoria das supercordas (uma versão similar à teoria das cordas mas que incorpora a supersimetria) combina a relatividade geral e a mecânica quântica numa teoria única e consistente pois sem esta união bem sucedida a origem do universo permaneceria sempre misteriosa [8].

A supersimetria, em inglês também designada por Supersymmetry (SUSY), é uma extensão do modelo Padrão que visa preencher algumas das suas lacunas encontradas até à presente data.

Esta prevê que todas as partículas no modelo padrão têm de ter parceiras supersimétricas, chamadas “sparticulas”, que até agora ainda não foram observadas em laboratório (se a teoria estiver correta, as partículas supersimétricas devem aparecer em colisões no LHC) [109].

É um princípio de simetria que relaciona as propriedades de partículas que têm spin7 inteiro (bosões) com as que têm spin semi-inteiro (fermiões), ou seja, relaciona uma

partícula fundamental com outra com spin diferente por meia unidade, fazendo corresponder a cada fermião um bosão ou vice - versa [33].

A supersimetria pressupõe a existência de corpos massivos para além dos conhecidos, o que poderá facilitar a unificação das forças fundamentais e irá resolver um grande problema com o modelo Padrão (manter constante a massa do bosão de Higgs) o que ajudará a explicar o motivo pelo qual as partículas têm massa [109].

Se a natureza for governada pela supersimetria, então o micromundo será regido por uma espécie de superespelho. (Figura 13) De um lado do espelho estão as partículas vulgares como os quarks ou gluões, do outro lado, cada uma destas partículas tem um superparceiro, novas partículas designadas por quarkinos e gluínos que podem ter massa muito elevada. (A temperaturas mais baixas a simetria é quebrada dando origem às diferenças entre partículas vulgares e as suas superparceiras) [25]

Figura 13 – O superespelho [25].

Em resumo, a relação entre os valores de spin inteiro e fracionário foi chamada supersimetria, e com estes resultados nasceu a teoria das supercordas ou teoria das cordas supersimétricas que é considerada a candidata principal e teoria unificada de Einstein pois inclui pela primeira vez todas as forças até mesmo a gravidade e toda a matéria [35].

A teoria das cordas supersimétricas contempla a presença de pares de cordas virtuais. Estas duas cordas que executam movimentos de vibração opostos podem surgir, momentaneamente, desde que se aniquilem uma à outra suficientemente depressa. Estes pares de cordas são provenientes das oscilações quânticas e vivem à custa de energia “emprestada” pelo universo e que, por essa razão, têm de se recombinar rapidamente num único "loop”. Apesar de ser apenas momentânea, a presença transitória destes pares de cordas virtuais adicionais afeta as propriedades da corda aquando da interação.

As cordas incidentes combinam-se, as flutuações quânticas fazem que o “loop” resultante se separe num par de cordas virtuais e estas deslocam-se e aniquilam-se mutuamente, recombinando-se num único “loop”, que segue viagem até se produzir mais um par virtual de cordas e assim sucessivamente [15]. (Figura 14)

Figura 14 - As flutuações quânticas podem fazer com que se crie um par corda/anticorda e que este se aniquile dando origem a uma interação mais complicada [15].

Poder-se-á fazer alusão ao momento inicial do universo, em que todas as dimensões espaciais são igualmente simétricas e encontram-se todas enroladas, para mencionar um ponto subtil: se uma corda enrolada se encontra com uma parceira sua, a anticorda, elas irão aniquilar-se rapidamente, como já foi referido anteriormente, produzindo uma corda desenrolada.

Cerca de metade das colisões envolvem pares corda/anticorda e resultam na sua aniquilação, o que irá diminuindo o estrangulamento e permitindo que essas dimensões se continuem a expandir. Quanto mais se expandirem, menos possível se torna que as cordas se enrolem à sua volta porque é necessária mais energia para que uma corda se enrole à volta de uma dimensão maior. Então, será possível inferir que a expansão

sustenta-se a si mesma, tornando-se cada vez mais fácil à medida que a dimensão se torna maior [15].

Também pode acontecer que flutuações quânticas originem sequências numerosas de pares corda/anticorda que se criam e aniquilam. (Figura 15)

Figura 15- Sequências numerosas de pares de corda/anticorda [15].

Uma das propriedades fundamentais da teoria das supercordas é ser supersimétrica. Isto significa que os padrões de vibração das cordas vêm em pares que diferem um do outro por meia unidade de spin. Se a teoria estiver correta, devido ao emparelhamento da supersimetria, prevê-se que cada uma dessas partículas elementares tem uma parceira supersimétrica (como foi referido anteriormente). Podemos determinar as cargas de força que cada uma dessas parceiras vai transportar, mas não temos, atualmente, os meios para calcular as suas massas. Mesmo assim, a previsão da existência de parceiras supersimétricas é uma caraterística desta teoria [17].

Os físicos através do LHC, no CERN, têm esperança de conseguir encontrar as parceiras supersimétricas.

Por outro lado, se as partículas parceiras supersimétricas forem encontradas no LHC, este facto não será suficiente para pôr de parte a teoria das cordas, porque pode dar-se o caso de elas serem pesadas de mais e de estarem por esta razão para além do alcance desta máquina. Dito isto, se de facto as parceiras supersimétricas forem descobertas, isso será sem dúvida uma indicação crucial relativamente à validade da teoria das cordas [15].

Ao continuarmos a familiarizar-nos com a teoria das cordas, das supercordas e com a sua extensão (a teoria que a autora irá abordar seguidamente), as nossas conclusões cosmológicas irão tornar-se cada vez mais profundas [9].