Entendendo a Correspondência Holográfica: A Dualidade AdS/CFT na Física Moderna
A correspondência holográfica, ou dualidade AdS/CFT, é uma teoria fundamental na física que relaciona a gravidade em um espaço de cinco dimensões (AdS) com uma teoria de campos em um espaço de quatro dimensões (CFT). Essa abordagem inovadora sugere que é possível descrever a gravidade através de uma teoria de campos, eliminando a gravidade em uma dimensão a menos. Para ilustrar essa ideia, podemos pensar em um corpo esférico, onde toda a informação sobre o que ocorre em seu interior tridimensional está holograficamente armazenada na superfície bidimensional que o circunda.
A conjectura da correspondência holográfica foi desenvolvida pelo físico Juan Maldacena em 1997, com o objetivo de simplificar a resolução das complexas equações da gravidade quântica em cinco dimensões, utilizando as equações da teoria de partículas em quatro dimensões. Desde então, a conjectura se tornou um pilar na pesquisa de tópicos como a entropia dos buracos negros e as características do plasma de quarks e glúons, além de fornecer uma possível base para a construção de uma teoria quântica da gravidade.
Investigando Branas Negras e Plasma de Quarks e Glúons
O professor Roldão da Rocha, da Universidade Federal do ABC (UFABC), aplicou a conjectura de Maldacena para explorar as interações entre deformações de branas negras e a viscosidade de cisalhamento do plasma de quarks e glúons. Os resultados dessa pesquisa foram publicados no The European Physical Journal Plus.
As branas negras são uma extensão do conceito de buracos negros na teoria das cordas e na gravidade em dimensões superiores. Enquanto buracos negros convencionais são considerados pontos ou esferas no espaço tridimensional, as branas negras se apresentam como superfícies com dimensões adicionais. Assim como os buracos negros, elas possuem um horizonte de eventos, além do qual nada consegue escapar, e podem emitir radiação térmica, semelhante à radiação de Hawking.
O plasma de quarks e glúons (QGP) representa um estado da matéria em que quarks e glúons, normalmente confinados em hádrons, se movimentam livremente. Esse estado teria existido nos momentos iniciais após o Big Bang e pode ser recriado em colisões de íons pesados realizadas no Large Hadron Collider (LHC), na Europa, e no Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), nos Estados Unidos. O QGP se comporta como um fluido quase perfeito, existindo por um curto período e a temperaturas extremamente altas.
Aplicações da Dualidade AdS/CFT na Pesquisa Física
O estudo de Roldão da Rocha utilizou dados fornecidos pelo LHC e pelo RHIC. Dentro da dualidade AdS/CFT, a gravidade em cinco dimensões pode descrever as interações do plasma de quarks e glúons em quatro dimensões através da hidrodinâmica, permitindo o cálculo de coeficientes de transporte, como a viscosidade de cisalhamento, a partir de perturbações de soluções gravitacionais.
“Essa correspondência holográfica sugere que a brana negra pode ser vista como um análogo gravitacional ao comportamento do plasma, capaz de descrever um fluido quase perfeito na borda de AdS”, explica Rocha. Os resultados mostraram que a relação entre a viscosidade de cisalhamento e a densidade de entropia do QGP obtida experimentalmente está em excelente concordância com valores obtidos a partir de correções quânticas de buracos negros de Schwarzschild no contexto AdS/CFT.
Apesar de ser possível deformar a geometria da brana negra, a pesquisa revelou que os dados experimentais impõem um limite rigoroso de deformação, que não pode exceder 1% do valor original ditado pela solução de brana negra de Schwarzschild em AdS. Isso indica que a dualidade AdS/CFT possui uma robustez significativa.
Compreensão das Dimensões Adicionais na Dualidade
Um ponto frequentemente debatido na dualidade AdS/CFT é a interpretação da dimensão adicional inserida na formulação gravitacional. Rocha argumenta que essa quinta dimensão não deve ser vista como uma dimensão espacial acessível experimentalmente, mas como uma escala de energia relacionada à cromodinâmica quântica (QCD). Assim, a dualidade não implica a existência de uma quinta dimensão no universo observável, mas a possibilidade de descrever o plasma de quarks e glúons utilizando um espaço de cinco dimensões como ferramenta matemática eficiente.
Além disso, essa abordagem encontra aplicações em outras áreas da física, incluindo matérias condensadas e supercondutores holográficos. A resiliência e aplicabilidade ampla da correspondência holográfica destacam sua importância, mesmo permanecendo como uma conjectura ainda não totalmente consolidada. Desde sua proposta em 1997, a conjectura de Maldacena tem sido testada em diversos campos da física com resultados promissores, reforçando sua relevância na investigação contemporânea.
O artigo intitulado "Deformations of the AdS–Schwarzschild black brane and the shear viscosity of the quark–gluon plasma" está disponível para consulta aqui.
Informações da Agência FAPESP