p Um par de pesquisadores, um no Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) e outro no Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech) e na Universidade de Tóquio, investigaram recentemente um conjunto de velhas conjecturas sobre simetrias na gravidade quântica. As conjecturas específicas de foco:(1) A gravidade quântica não permite simetrias globais; (2) Para simetria de calibre, todas as cobranças possíveis devem ser realizadas; (3) Os grupos de medidores internos devem ser compactos. Seu papel, publicado em Cartas de revisão física , mostra que essas velhas suposições se mantêm dentro da correspondência anti-de Sitter / teoria de campo conforme (AdS-CFT). p "Historicamente, o conceito de simetria desempenhou papéis importantes na física, tanto na identificação quanto na formulação de leis fundamentais da natureza, e no uso dessas leis para compreender e prever fenômenos naturais, como dinâmica e fases das questões, "Hirosi Ooguri, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse a Phys.org. "Contudo, tem havido evidências teóricas para sugerir que, uma vez que combinamos gravidade e mecânica quântica (as duas idéias fundamentais da física moderna), todas as simetrias globais desapareceram. "

p Na física, as simetrias podem ser de dois tipos:bitola e global. Por várias décadas, pesquisadores propuseram a ideia de que simetrias globais não deveriam ser possíveis na gravidade quântica, já que a teoria unificada da gravidade e da mecânica quântica não permitiria qualquer simetria. Esta é uma afirmação profunda com consequências importantes. Por exemplo, prediz que um próton não seria estável contra o decaimento em outras partículas.

p "O modelo padrão da física de partículas tem ambos os tipos de simetrias, portanto, estamos prevendo que os globais devem ser apenas aproximados, "Daniel Harlow, o outro pesquisador envolvido no estudo, disse Phys.org. "Até aqui, esta ideia teve algum suporte circunstancial, mas não houve nenhum argumento convincente. Em nosso jornal, demos o que consideramos um argumento bastante convincente no caso especial da correspondência AdS / CFT. Esta correspondência fornece nossas teorias mais bem compreendidas da gravidade quântica, e pudemos mostrar que não permite simetrias globais. "

p Antes do artigo de Ooguri e Harlow, outros pesquisadores apresentaram argumentos que sustentam a afirmação de que a gravidade quântica (a unificação da mecânica quântica e da gravidade) não pode ter qualquer simetria. Apesar disso, esses argumentos muitas vezes apresentavam lacunas ou lacunas lógicas, por exemplo, deixar de abordar alguns casos importantes (por exemplo, simetria discreta).

p "Nosso novo artigo fornece uma prova rigorosa dessa afirmação no contexto da correspondência AdS / CFT, onde a gravidade quântica é definida de forma matematicamente precisa, e temos feito isso da maneira mais geral, excluindo todas as simetrias globais possíveis da gravidade quântica, "Ooguri disse.

p A prova apresentada por Ooguri e Harlow é baseada em duas idéias importantes:o princípio holográfico da gravidade quântica e os códigos de correção de erros quânticos. O princípio holográfico foi introduzido pela primeira vez por Gerard 't Hooft e Leonard Susskind no início dos anos 90, no entanto, desde então foi amplamente construído. Um de seus desenvolvimentos mais cruciais foi a descoberta da correspondência AdS / CFT por Juan Maldacena em 1997.

p Ooguri e Harlow desejavam provar um teorema matemático sobre a gravidade quântica, portanto, eles exigiam uma definição precisa do princípio holográfico. Eles decidiram adotar a correspondência AdS / CFT, pois essa era a única maneira pela qual sentiam que poderiam atingir seu objetivo.

p "Nossas ferramentas básicas são a correção de erros quânticos, a correspondência AdS / CFT, e teoria quântica de campos, "Harlow disse." Provavelmente, o ponto mais importante a transmitir aqui é que, embora AdS / CFT seja uma bela teoria da gravidade quântica, não é a teoria da gravidade quântica em nosso mundo. É um modelo de brinquedo do tipo que os físicos gostam de estudar (como a famosa vaca esférica). Nós acreditamos, Contudo, que as lições que aprendemos neste modelo de brinquedo devem ser transportadas para o nosso mundo, desde que sejamos cuidadosos. "

p Alguns anos atrás, um grupo de pesquisa diferente, que também incluiu Harlow, mostrou que a holografia funciona na gravidade quântica de maneira semelhante a como a correção de erros quânticos funciona na computação quântica. Na correspondência AdS / CFT, a geometria do espaço-tempo no anti-de Sitter Space emerge do emaranhamento quântico na teoria de campo conforme. Harlow e seus colegas mostraram que os dados geométricos emergentes são, na verdade, códigos de correção de erros quânticos, do ponto de vista CFT.

p O insight dessa pesquisa anterior foi essencial para provar o teorema no estudo recente dos pesquisadores. Em seu novo estudo, Ooguri e Harlow descobriram que a maneira como a correção de erros quânticos funciona não é compatível com nenhuma simetria. Assim, uma vez que a mecânica quântica e a gravidade são fundidas, nenhuma simetria é exata.

p "Em geral, acredita-se que a simetria é um conceito fundamental na natureza, "Ooguri disse." Muitos físicos acreditam que deve haver um belo conjunto de leis na natureza, e que uma maneira de quantificar a beleza é pela simetria. Parte da simetria pode estar escondida em nosso mundo (ou 'quebrada espontaneamente, "em termos de física), mas podem se manifestar se olharmos para a natureza em um nível mais fundamental. Mostramos que a crença expressa acima está errada. As leis da natureza no nível mais fundamental, onde a mecânica quântica e a gravidade são unificadas, não têm simetria global. "

p O estudo realizado por Ooguri e Harlow traz uma visão fundamental para o campo da física, descartando a possibilidade de simetrias globais em uma ampla classe de teorias da gravidade quântica. Suas descobertas têm implicações para várias áreas de estudo, por exemplo, prever a instabilidade dos prótons.

p "Nossas descobertas prevêem que o próton não deve ser estável, "Harlow disse." Não é óbvio, mas também prevê a existência de monopólos magnéticos:objetos isolados que carregam carga magnética. Até aqui, nunca vimos tal objeto, mas as pessoas ainda estão procurando por eles. Infelizmente, nossos resultados não são fortes o suficiente para dizer quantos monopólos devem existir, onde eles deveriam estar, ou quanto tempo teremos de esperar para ver a decadência de um próton. "

p Em seu trabalho futuro, Harlow e Ooguri gostariam de quantificar como a simetria é quebrada. Até aqui, eles simplesmente provaram que a gravidade quântica não pode ter qualquer simetria sem esclarecer como ela é desmontada. Por exemplo, suas descobertas sugerem que o próton deve decair, ainda assim, eles não esclarecem como ele se decompõe ou por quanto tempo pode viver antes disso. Estas são questões muito importantes, que os pesquisadores esperam abordar em suas pesquisas futuras.

p "O Instituto Kavli de Física e Matemática do Universo da Universidade de Tóquio, do qual eu sou o diretor, está envolvida no projeto Hyper-Kamiokande a ser construído na mina de zinco Kamioka na área montanhosa central do Japão, "Ooguri acrescentou." Um dos objetivos do projeto é ver se o próton decai e, para isso, os experimentadores construirão um grande tanque de água na mina. De acordo com nosso teorema, os prótons devem decair. Mas, não podemos dizer aos experimentadores quão grande devem ser os tanques de água para que eles possam ver o decaimento dos prótons dentro de um período de tempo razoável. Este é um exemplo de por que quantificar como a simetria é quebrada seria crucial. Daniel e eu temos alguma ideia sobre como quantificar a forma como a simetria é quebrada e agora estamos continuando nossa investigação nessa direção. " p © 2019 Science X Network