A geometria do próprio espaço pode desempenhar um papel muito mais central na física do que se pensava anteriormente. Em vez de servir apenas como o pano de fundo onde as forças atuam, o espaço-tempo pode ser responsável pelas forças e partículas que compõem o universo.
Novos trabalhos teóricos sugerem que o comportamento fundamental da natureza pode surgir diretamente da estrutura do espaço-tempo, apontando a geometria como a origem comum das interações físicas.
Dimensões Ocultas e Geometria Sete-Dimensional
Em um artigo publicado na Nuclear Physics B, o físico Richard Pincak e colaboradores investigam se as propriedades da matéria e das forças podem emergir da geometria de dimensões não visíveis além do espaço cotidiano.
A pesquisa propõe que o universo inclui dimensões adicionais que não são diretamente observáveis. Essas dimensões podem ser compactas e dobradas em formas complexas de sete dimensões conhecidas como variedades G2. Até agora, essas estruturas geométricas eram tratadas como fixas e imutáveis. O novo estudo, em vez disso, explora o que acontece quando essas formas são deixadas para evoluir ao longo do tempo através de um processo matemático conhecido como fluxo G2-Ricci, que altera gradualmente sua geometria interna.
Geometria Torcida e Estruturas Estáveis
“Assim como em sistemas orgânicos, como a torção do DNA ou a quiralidade dos aminoácidos, essas estruturas extra-dimensionais podem possuir torção, uma espécie de torção intrínseca,” explica Pincak. Essa torção introduz uma rotação embutida dentro da própria geometria.
Quando os pesquisadores modelaram como essas formas torcidas mudam ao longo do tempo, descobriram que a geometria pode se estabilizar naturalmente em padrões estáveis chamados solitons. “Quando as deixamos evoluir no tempo, descobrimos que elas podem se acomodar em configurações estáveis chamadas solitons. Esses solitons poderiam fornecer uma explicação puramente geométrica de fenômenos como a quebra espontânea de simetria.”
Repensando a Origem da Massa
No Modelo Padrão da física de partículas, a massa surge através de interações com o campo de Higgs, que confere peso a partículas como os bósons W e Z. A nova teoria sugere uma possibilidade diferente. Em vez de depender de um campo separado, a massa pode resultar da torção dentro da própria geometria extra-dimensional.
“Na nossa visão,” diz Pincak, “a matéria emerge da resistência da própria geometria, e não de um campo externo.” Nessa perspectiva, a massa reflete como o espaço-tempo responde à sua própria estrutura interna, em vez da influência de um ingrediente físico adicional.
Expansão Cósmica e um Possível Novo Partícula
Os pesquisadores também conectam a torção geométrica à curvatura do espaço-tempo em grandes escalas. Essa relação pode ajudar a explicar a constante cosmológica positiva associada à aceleração da expansão do universo.
Além dessas implicações cosmológicas, a equipe especula sobre a existência de uma partícula anteriormente desconhecida ligada à torção, que eles chamam de “Torstone”. Se existir, ela poderá ser detectada em experimentos futuros.
Extendendo a Visão Geométrica de Einstein
A ambição mais ampla do trabalho é avançar a ideia de Einstein. Se a gravidade surge da geometria, os autores perguntam-se se todas as forças fundamentais poderiam compartilhar a mesma origem. Como Pincak coloca, “A natureza frequentemente prefere soluções simples. Talvez as massas dos bósons W e Z não venham do famoso campo de Higgs, mas diretamente da geometria do espaço de sete dimensões.”
O artigo foi publicado na revista Nuclear Physics B.
A pesquisa foi apoiada pelo projeto R3 nº 09I03-03-V04-00356.