DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.101001
Credibilidade: 979
#Buracos de Minhoca
O emaranhamento quântico é um processo físico através do qual pares de partículas se conectam e permanecem assim mesmo quando separados por grandes distâncias. Este fenómeno fascinante tem sido o foco de numerosos estudos de investigação, devido à sua natureza misteriosa e aplicações promissoras no mundo real.
Ben Kain, pesquisador do College of the Holy Cross, apresentou recentemente um modelo baseado em simulação que descreve a possível conexão entre partículas emaranhadas e buracos de minhoca, conexões hipotéticas entre regiões distantes no espaço-tempo. Seu modelo, apresentado em Physical Review Letters, é uma estrutura concreta que poderia ser usada para testar e estudar teorias recentes introduzidas pelos físicos Juan Maldacena e Leonard Susskind.
“Em 2019 estudei algo chamado estrelas de Dirac”, disse Kain ao Phys.org. “Os férmions, que são descritos pela equação de Dirac, quando acoplados à relatividade geral têm soluções semelhantes a estrelas nas quais os férmions podem manter sua configuração por meio de sua interação gravitacional. Como observação lateral, as descrições tradicionais de estrelas, que obviamente são preenchidas com férmions, não levam em conta totalmente a relatividade geral.”
Com a ajuda de dois estudantes de graduação do College of the Holy Cross, Kain escreveu anteriormente um código que lhe permitiria simular estrelas de Dirac. Há alguns anos, outros investigadores descobriram que quando estes sistemas Dirac incluem uma carga elétrica, podem conter buracos de minhoca.
Buracos de minhoca são soluções para as equações de campo gravitacional de Einstein, que podem ser visualizadas como túneis com duas extremidades localizadas em lugares distantes e/ou em diferentes pontos no tempo. Artigos recentes sugerindo que estrelas de Dirac com cargas elétricas têm soluções de buracos de minhoca assumiram que os buracos de minhoca eram atravessáveis, o que significa que as partículas poderiam viajar de um lado para o outro.
“Achei que seria muito interessante se eu pudesse simular esse buraco de minhoca e confirmar se ele era atravessável”, disse Kain. “O sistema Dirac em que me concentrei faz uso de dois férmions (ou seja, duas partículas que obedecem ao princípio de exclusão de Pauli). Minhas simulações exigem que o sistema seja esfericamente simétrico, pois isso facilita a resolução. Para ser esfericamente simétrico, o total O momento angular do sistema deve ser zero. Isso acaba exigindo que os dois férmions estejam em um estado chamado de ‘estado singleto’, que emaranha as partículas.”
Há cerca de uma década, os físicos Maldacena e Susskind introduziram a ideia de que partículas emaranhadas estão ligadas por buracos de minhoca. Esta é uma conjectura ousada e radical, pois oferece uma explicação relacionada à gravidade (isto é, buracos de minhoca) para um fenômeno da mecânica quântica (isto é, emaranhamento).
“O emaranhamento requer uma comunicação mais rápida que a luz, embora esta comunicação mais rápida que a luz não possa ser explorada pelos humanos para enviar mensagens uns aos outros mais rápido que a luz”, explicou Kain. “Maldacena e Susskind sugeriram que esta comunicação mais rápida que a luz pode ocorrer através de um buraco de minhoca. Eles sugeriram ainda que o buraco de minhoca deve ser intransponível (ou seja, os humanos não podem viajar através dele) para ser consistente com o fato de os humanos não serem capazes de explorar o sistema para enviar mensagens mais rápido que a luz.”
No seu artigo recente, Kain introduziu um novo modelo que poderia ajudar a explorar a hipótese de Maldacena e Susskind. Este modelo é baseado na simulação de dois férmions emaranhados conectados por um buraco de minhoca.
Ao executar esta simulação, Kain descobriu que neste cenário os buracos negros se formam rapidamente, cobrindo ambas as extremidades do buraco de minhoca. Em última análise, esses buracos negros tornam o buraco de minhoca intransponível, o que significa que nada pode passar por ele e chegar ao outro lado.
“Como o modelo descreve dois férmions emaranhados conectados por um buraco de minhoca intransponível, é um modelo concreto para estudar a conjectura de Maldacena e Susskind”, disse Kain. “Eles chamaram sua conjectura de ER = EPR. ER significa ponte de Einstein-Rosen, que foi o primeiro nome de um buraco de minhoca. EPR significa Einstein-Podolsky-Rosen, que foram as primeiras pessoas a estudar partículas emaranhadas. O modelo que estudei é, portanto, um exemplo concreto de ER = EPR.”
Este artigo recente apresenta um novo modelo para explorar a possível conexão entre o emaranhamento quântico e os buracos de minhoca. Kain espera que, ao examinar mais detalhadamente o seu modelo, os investigadores sejam capazes de determinar se a hipótese de Maldacena e Susskind está correta, ao mesmo tempo que determinam como um buraco de minhoca poderia facilitar a comunicação mais rápida que a luz, que é um requisito fundamental do emaranhamento.
“Uma ideia que tenho para trabalhos futuros é estender as simulações para permitir que a matéria viaje para um lado do buraco de minhoca e, portanto, para um buraco negro, e viaje através do buraco de minhoca”, acrescentou Kain. “Estou interessado em saber como isso pode afetar o sistema.”
Publicado em 26/09/2023 01h11
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