Diagrama de Penrose do buraco negro carregado com a brana do fim do mundo. A brana se expande e cai de volta no horizonte do buraco negro, cortando parte da região assintótica esquerda:a região sombreada em azul não faz parte da geometria. O CFT duplo vive no limite assintótico correto. Crédito:Antonini &Swingle.
A correspondência anti-de Sitter / teoria de campo conforme (AdS / CFT), também conhecido como dualidade medidor / gravidade, hipotetiza a existência de uma relação entre dois tipos de teorias da física, nomeadamente teorias da gravidade em espaços-tempos AdS e CFTs. Nas ultimas decadas, construtos de dualidade medidor / gravidade têm sido aplicados em uma ampla gama de campos de pesquisa científica. Por exemplo, alguns pesquisadores tentaram usar AdS / CFT para avançar no desenvolvimento de uma teoria quântica completa da gravidade.
Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Maryland explorou recentemente o potencial desse construto teórico nos estudos de cosmologia. Em um artigo publicado em Física da Natureza , eles mostraram como modelos cosmológicos previamente propostos poderiam ser microscopicamente realizados pela incorporação de elementos de AdS / CFT.
“Nosso trabalho se constrói no cruzamento de duas ideias, "Stefano Antonini, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse a Phys.org. "O primeiro é a correspondência AdS / CFT, uma das estruturas mais estudadas para a formulação de uma teoria da gravidade quântica. "
AdS / CFT teoriza essencialmente a relação de uma teoria gravitacional em um espaço-tempo AdS assintoticamente para um CFT que não leva em conta a gravidade e tem uma dimensão a menos. Antonini e seu colega Brian Swingle se perguntaram se seria possível descrever a evolução de um universo cosmológico usando essa construção teórica, que até agora tinha sido aplicado principalmente a outros tópicos de pesquisa.
"Ao tentar responder a esta pergunta, uma segunda ideia entrou em jogo:o modelo Randall-Sundrum e suas generalizações propõem que nosso universo 4-D poderia ser uma membrana 4-D embutida em um espaço-tempo 5-D assintoticamente AdS, "Explicou Antonini.
O estudo dos pesquisadores baseia-se em ideias propostas em um artigo anterior de Swingle e outros pesquisadores, publicado no Springer Link's Journal of High Energy Physics . Este estudo anterior explorou a possibilidade de que certos estados CFT holográficos de alta energia correspondam a microestados de buracos negros com uma estrutura particular que termina em uma brana de fim do mundo (ETW).
Função de onda de um modo gravitacional "preso" na brana, em função da coordenada da tartaruga. O pico agudo na posição da brana (inserção inferior direita) mostra que a gravidade está bem localizada na brana. O comportamento oscilatório próximo ao horizonte do buraco negro (inserção superior esquerda) revela que a localização da gravidade é apenas local, e o modo com armadilha tem um tempo de vida finito. Crédito:Antonini &Swingle.
Na teoria das cordas e outras teorias físicas relacionadas, uma brana é um objeto dinâmico que pode se propagar no espaço-tempo de acordo com as leis da mecânica quântica. Em seu novo jornal, os pesquisadores queriam identificar uma maneira pela qual mundos-brana Randall-Sundrum poderiam ser estudados em correspondência AdS / CFT, mostrando a existência de estados CFT particulares que são dual para geometrias de buracos negros carregados envolvendo uma vida de brana de "fim do mundo" na segunda região assintótica, que emerge e volta para o horizonte do buraco negro.
"É bem conhecido que o movimento de uma brana 4-D em um espaço-tempo de buraco negro 5-D AdS se parece com a evolução de um universo FLRW 4-D para um observador que vive na brana, ' quem, como nós, não está ciente da existência da quinta dimensão, "Disse Antonini." Para um modelo de mundo de brana ser significativo, Contudo, tal observador também deve perceber a gravidade como efetivamente quadridimensional, como é o caso do modelo Randall-Sundrum original. Na presença de um grande buraco negro, Contudo, este fenômeno de 'localização gravitacional' é particularmente problemático de se obter. "
O modelo proposto por Antonini e seus colegas sugere que em condições adequadas e para parte de seu processo de evolução, uma brana fica longe do horizonte de um buraco negro e se move lentamente. Os pesquisadores mostraram que, neste regime particular, uma perturbação gravitacional permanece localmente ligada à brana.
Isso ocorre porque a perturbação é "aprisionada" por um potencial delta negativo, que surge das condições de contorno de Neumann no local onde a brana está posicionada. Em outras palavras, neste regime, um observador 4-D hipotético interpretaria a gravidade como sendo 4-dimensional, contanto que eles não tentem sondar escalas espaciais muito grandes.
“Existem duas conquistas principais neste trabalho, "Disse Antonini." Primeiro, mostrou a existência de microestados de buracos negros carregados, que permitem uma descrição dual holográfica e envolvem ao mesmo tempo uma membrana de fim do mundo situada longe o suficiente do horizonte do buraco negro para possivelmente suportar a localização gravitacional. Em segundo lugar, descobrimos que a gravidade é, na verdade, localizada localmente em tais mundos de brana. "
As ideias apresentadas por Antonini e Swingle podem, em última análise, abrir novas possibilidades para a descrição dos fenômenos da cosmologia quântica e sua simulação em computadores quânticos. Embora até agora, os pesquisadores produziram apenas um modelo de brinquedo de sua teoria e muito progresso precisa ser feito antes que possa ser efetivamente aplicado a problemas de cosmologia, seu trabalho apresenta uma nova maneira de estudar cosmologia na correspondência AdS / CFT e, portanto, de investigar a gravidade quântica em um universo cosmológico.
"Agora estamos explorando a possibilidade de realizar explicitamente nossa construção no contexto do modelo SYK cobrado, que é dual para um modelo gravitacional simples 1 + 1 dimensional, "Disse Antonini.
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