Novas pesquisas mostram como a lei fundamental de conservação da carga poderia quebrar perto de um buraco negro.
Singularidades, como as do centro dos buracos negros, onde a densidade se torna infinita, são frequentemente ditas como lugares onde a física "quebra". No entanto, isso não significa que "qualquer coisa" possa acontecer, e os físicos estão interessados em quais leis poderiam quebrar, e como.
Agora, uma equipe de pesquisa do Imperial College London, do Instituto Cockcroft e da Universidade de Lancaster propuseram uma maneira que singularidades poderiam violar a lei de conservação da acusação. Sua teoria é publicada em Annalen der Physik.
O coautor Professor Martin McCall, do Departamento de Física da Imperial, disse: "'A física quebra em uma singularidade' é uma das declarações mais famosas da física pop. Mas, mostrando como isso pode realmente acontecer, miramos em uma das leis mais queridas da física: a conservação da carga."
Destruindo carga
A conservação da carga diz que a carga elétrica total de qualquer sistema isolado – incluindo o Universo como um todo – nunca muda. Isso significa que, se partículas carregadas negativamente ou positivamente se moverem para uma área, a mesma quantidade de partículas carregadas, respectivamente, deve sair.
Isso tem sido mostrado nas menores escalas: quando diferentes partículas são criadas ou eliminadas em experimentos como o Grande Colisor de Hádrons, a mesma quantidade de partículas carregadas negativa e positivamente são sempre produzidas ou destruídas, respectivamente.
Agora, modificando equações clássicas da física para incluir axions, um candidato à matéria escura, a equipe foi capaz de mostrar que singularidades temporárias – como buracos negros que aparecem e depois evaporam – poderiam destruir a carga quando chegam ao fim de suas vidas.
Axions são partículas hipotéticas que podem explicar a matéria escura – os 85% da matéria do Universo. Suas propriedades previstas poderiam formar um campo que interagiria com o tipo de campos que os físicos conhecem há séculos – campos eletromagnéticos, que são descritos por um conjunto de equações chamadas equações de Maxwell.
Usando um ramo da matemática chamado geometria diferencial, a equipe descobriu como criar ou destruir cargas, violando a carga de conservação do Universo.
Implicações filosóficas
O coautor Dr. Jonathan Gratus, do Departamento de Física da Universidade de Lancaster, disse: "Você pode imaginar a criação de uma 'bomba de axion' que segura a carga combinando axiparões acoplados e campos eletromagnéticos; e, em seguida, deixá-lo cair em um buraco negro evaporando. À medida que a construção encolhe e desaparece na singularidade, ela leva carga elétrica com ela. É a combinação de uma singularidade temporária e um tipo recém-proposto de campo de axion que é crucial para o seu sucesso."
O coautor Dr. Paul Kinsler, do Departamento de Física da Imperial, disse: "Há também implicações filosóficas. Embora as pessoas muitas vezes gostem de dizer que a física 'quebra', aqui mostramos que, embora fenômenos exóticos possam ocorrer, o que realmente acontece é, no entanto, constrangido pelas leis ainda em funcionamento da física em torno da singularidade."
A equipe diz que o fenômeno do axion só ocorreria sob condições extremas que atualmente não podem ser criadas em laboratório, mas que futuros avanços em campos laser intensos podem permitir que a teoria seja testada em um ambiente terrestre.
Referência: "Singularidades Temporárias e Axions: Uma Solução Analítica que Desafia a Conservação de Cargas" por Jonathan Gratus, Paul Kinsler e Martin W. McCall, 5 de maio de 2021, Annalen der Physik.
DOI: 10.1002/andp.202000565