Um grupo internacional de investigação, liderado por Marcus Sperling, um pesquisador da Faculdade de Física da Universidade de Viena, despertou o interesse da comunidade científica com resultados inovadores na área da física quântica. Em sua pesquisa mais recente, os cientistas reinterpretam o mecanismo de Higgs, responsável por conferir massa às partículas elementares e desencadear transições de fase, utilizando o conceito de “aljavas magnéticas”. A pesquisa foi divulgada na publicação “Physical Review Letters”.
A pesquisa de Marcus Sperling é baseada na interseção entre a física e a matemática e se concentra na Teoria de Campos Quânticos (QFT) – um conceito físico-matemático da física quântica que tem como objetivo descrever partículas e suas interações em nível subatômico. A partir de 2018, Sperling e sua equipe criaram as “bolsas magnéticas” – uma ferramenta visual que facilita a compreensão de todas as informações essenciais para a definição de um QFT, apresentando de maneira clara e intuitiva as intricadas interações entre os campos de partículas e outros aspectos físicos. Uma aljava é composta por setas e nós direcionados, onde as setas representam os campos quânticos (campos de matéria) e os nós representam as interações – como fortes, fracas ou eletromagnéticas – entre os campos.
As setas indicam a forma como os campos são carregados em interações, revelando a carga elétrica das partículas. Segundo Marcus Sperling, o termo “magnético” é empregado de forma metafórica para indicar as propriedades quânticas surpreendentes reveladas por essas representações. Similarmente ao spin de um elétron, que pode ser detectado por um campo magnético, as flechas magnéticas revelam certas propriedades e estruturas nas QFTs que podem não ser óbvias à primeira vista. Dessa forma, elas oferecem uma maneira prática de visualizar e analisar fenômenos quânticos complexos, proporcionando novas perspectivas sobre os mecanismos subjacentes do mundo quântico.
No presente estudo, foram examinados os estados fundamentais (vácuos) em vários “QFTs supersimétricos”. Eles representam a configuração de menor energia na qual não há presença de partículas ou excitações, e possuem uma simetria espaço-temporal simplificada. Esses vácuos atuam como um ambiente de laboratório, já que se assemelham a sistemas físicos reais de partículas subatômicas, mas possuem propriedades matemáticas que facilitam os cálculos. Sperling, o vencedor do prêmio FWF START, afirmou: “Nossa pesquisa aborda os fundamentos de nossa compreensão da física. Somente após compreendermos as QFTs em nosso ambiente de laboratório, podemos aplicar esses conhecimentos a modelos mais realistas.” O conceito de aljavas magnéticas, que é um dos principais temas de pesquisa do projeto START, foi utilizado como uma ferramenta para fornecer uma descrição geométrica precisa dos novos vácuos quânticos.
Um grupo de pesquisadores usou cálculos de álgebra linear para provar que, assim como a radioatividade nos núcleos atômicos, uma aljava magnética pode sofrer uma transformação para um estado mais estável ou se dividir em duas aljavas separadas. Essas transformações proporcionam uma nova compreensão do mecanismo de Higgs em QFTs, que pode ser transformado em QFTs mais simples ou dividido em QFTs independentes e separadas. O físico afirmou que o mecanismo de Higgs explica a aquisição de massa das partículas elementares ao interagirem com o campo de Higgs, que está presente em todo o universo. Essa interação ocorre conforme as partículas se movem pelo espaço, de forma semelhante a um nadador se movendo pela água. Em geral, partículas sem massa se movem à velocidade da luz.
Contudo, ao interagir com o campo de Higgs, a partícula “liga-se” a esse campo e torna-se mais lenta, o que resulta na demonstração da sua massa. O conceito do mecanismo de Higgs é, portanto, essencial para compreender os blocos fundamentais de construção e as forças do universo. Matematicamente, o algoritmo de “decomposição e divisão” é baseado nos princípios da álgebra linear e em uma definição clara de estabilidade. Ele funciona de forma autônoma e não requer entradas externas. Os resultados obtidos por meio de métodos inspirados na física são relevantes não apenas para a física, mas também para a pesquisa matemática: eles fornecem uma descrição fundamental e universalmente válida das estruturas complexas e interconectadas dos vácuos quânticos, representando um avanço significativo na matemática.
