Muitos cosmologistas acreditam que a estrutura do universo é resultado de flutuações quânticas que ocorreram durante a expansão inicial. Confirmando esta hipótese, Contudo, provou ser um grande desafio até agora, pois é difícil discernir entre flutuações primordiais quânticas e clássicas ao analisar dados cosmológicos existentes.

Dois pesquisadores da Universidade da Califórnia e do Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY na Alemanha desenvolveram recentemente um teste baseado na noção de não gaussianidade primordial que poderia ajudar a determinar a origem da estrutura cósmica. Em seu jornal, publicado em Cartas de revisão física , eles argumentam que a detecção da não-gaussanidade primordial poderia ajudar a determinar se os padrões do universo se originaram de flutuações quânticas ou clássicas.

"Uma das idéias mais bonitas de toda a ciência é que a estrutura que observamos no cosmos resultou de flutuações quânticas no universo inicial que foram então esticadas por uma expansão rápida e acelerada, “Rafael Porto, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse a Phys.org. "Este paradigma 'inflacionário' faz muitas previsões que foram corroboradas por dados, no entanto, a natureza quântica da semente primordial é extremamente difícil de demonstrar diretamente. "

A principal razão pela qual demonstrar a origem quântica da estrutura do universo é tão difícil é que a inflação também poderia ter esticado as perturbações clássicas, resultando em uma distribuição de galáxias muito semelhante. Em seu jornal, Porto e seu colega Daniel Green introduziram a ideia de que, embora as flutuações quânticas e clássicas tivessem resultado em distribuições de galáxias semelhantes, alguns padrões particulares difeririam em estruturas de origem quântica. A observação desses padrões pode, portanto, permitir que os pesquisadores testem a origem da estrutura cósmica.

"Muito do formalismo que usamos para estudar os padrões das galáxias no céu é semelhante à forma como os físicos de partículas estudam os processos de espalhamento em colisões, "Porto explicou." Em cosmologia falamos de 'correlações, 'enquanto na física de partículas falamos sobre' amplitudes, 'mas há muito em comum entre os dois. Usando alguns princípios físicos básicos e simetrias, demonstramos que os mecanismos clássicos teriam produzido um grande número de partículas e, como resultado, uma assinatura muito específica no padrão das galáxias, como 'saliências' nos dados do colisor. "

Porto e Green mostraram que uma assinatura cosmológica semelhante à presença de 'saliências' nos dados do colisor pode indicar que a estrutura do universo teve origem em flutuações clássicas. Por outro lado, a ausência desses "solavancos" sugeriria que as flutuações quânticas de ponto zero foram os principais agentes por trás da formação da estrutura cósmica.

"As pessoas já tentaram encontrar uma assinatura para a origem quântica da estrutura antes e descobriram que o efeito é suprimido em 115 ordens de magnitude, isso é um 0.…. 115 vezes ... 1 efeito, "Porto acrescentou." Nós mostramos isso, embora isso seja difícil de observar devido à contaminação de outras fontes durante o processo de formação da estrutura, se houver algum sinal primordial, o efeito das perturbações clássicas é de ordem 1. Isso significa que alcançamos uma melhoria de 115 ordens de magnitude em relação às propostas anteriores. "

Nas décadas recentes, cosmologistas que investigam a origem da estrutura do universo têm procurado principalmente a chamada polarização 'modo B' na radiação cósmica de fundo (CMB), já que esta polarização poderia ser um produto de efeitos gravitacionais quânticos primordiais durante a inflação. Em vez de procurar a polarização 'modo B' como um indicador de efeitos gravitacionais quânticos, Porto e Green inverteram o problema e descobriram que outro padrão, conhecido como a "configuração dobrada para as funções de correlação, "carrega a semente das flutuações clássicas.

"Há uma longa história de pessoas testando a mecânica quântica em laboratório usando algo chamado de desigualdades de Bell, "Green disse ao Phys.org." A ideia essencial é que, se você tem um sistema quântico, existem certos tipos de medições que você pode fazer que irão expor a verdadeira natureza mecânica quântica do estado. O desafio da cosmologia é que (1) o universo que observamos é basicamente clássico e (2) não podemos realizar 'experimentos, 'já que não podemos manipular o estado do universo. A novidade do nosso trabalho é que mostramos que ainda é possível dizer que ele veio de um estado de mecânica quântica em um passado distante, apesar desses grandes obstáculos. "

O estudo recente de Porto e Green apresenta um novo método para testar a hipótese de que a estrutura do universo é de natureza quântica. Essencialmente, os pesquisadores teorizam que, se não for possível observar um "salto" na chamada configuração dobrada das funções de correlação não gaussianas, a estrutura do universo teria se originado de flutuações quânticas zero, como na física clássica, o vácuo está vazio.

O teste de tornassol apresentado em seu artigo difere muito dos testes de mecânica quântica propostos anteriormente e, portanto, contorna muitos dos problemas associados a esses testes. Em seu trabalho futuro, Porto e Green planejam investigar se seu teste também pode ser aplicado a experimentos baseados em laboratório em sistemas quânticos.

"Dan e eu agora também estamos pensando em como as idéias de informação quântica podem apontar ainda mais a natureza da semente primordial e, em termos mais práticos, também nos ajudar a fornecer um algoritmo mais rápido para simular a evolução do universo, talvez como os computadores quânticos farão um dia, "Porto disse.

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