MADRID 2 set. (EUROPA PRESS) -
Uma equipe internacional, liderada pela Universidade Ben-Gurion do Negev (Israel), pela Universidade de Ulm (Alemanha) e a Universidade de Oxford (Reino Unido), entre cujos membros está o professor Sir Roger Penrose, físico e ganhador do Prêmio Nobel, observou pela primeira vez um efeito da gravidade sobre um objeto quântico em queda livre, um fenômeno há muito previsto. O resultado demonstra que um princípio fundamental da teoria da gravidade de Einstein se mantém coerente com o comportamento da matéria no mundo quântico. O estudo foi publicado na revista “Science Advances”.
Há mais de um século, os físicos vêm se baseando em duas descrições extraordinariamente bem-sucedidas da natureza. A mecânica quântica explica o comportamento peculiar dos átomos e de outros objetos minúsculos. A teoria da gravidade de Einstein explica como os objetos caem e como a gravidade molda o universo. No entanto, os físicos ainda não compreendem totalmente como ambas se encaixam.
Agora, essa equipe internacional realizou um experimento que explora o ponto de encontro entre os dois fenômenos. No estudo, os pesquisadores observaram uma mudança distinta nas propriedades quânticas dos átomos ao caírem sob a ação da gravidade. É fundamental destacar que o efeito medido coincide com o previsto ao aplicar o princípio da equivalência de Einstein — pilar fundamental de sua teoria da gravidade — a um objeto quântico.
O princípio da equivalência estabelece que, para um observador em queda livre, a gravidade deveria desaparecer localmente. Por exemplo, alguém em queda livre dentro de um elevador experimentaria a ausência de gravidade. Embora essa teoria tenha sido comprovada por testes extraordinariamente precisos com matéria comum, não estava claro como ela poderia ser verificada experimentalmente com objetos quânticos, que podem se comportar como ondas e, de fato, seguir mais de uma trajetória.
O elemento central do experimento é um novo aparelho que os pesquisadores chamam de Interferômetro Quântico de Galileu. Isso lhes permitiu realizar algo incomum: dividir a onda quântica associada a um átomo em duas trajetórias, manter uma fixa enquanto permitiam que a outra caísse livremente e, em seguida, reuni-las para observar como a gravidade havia modificado a onda descendente.
O experimento foi realizado na Universidade Ben-Gurion utilizando nuvens de átomos de rubídio resfriados a uma temperatura ligeiramente acima do zero absoluto e manipulados próximo à superfície de um chip atômico especialmente projetado.
A equipe experimental utilizou, primeiro, pulsos de micro-ondas para induzir uma superposição quântica nos átomos ultrafrios, permitindo assim que cada átomo se deslocasse simultaneamente por duas trajetórias distintas. Em seguida, empregaram minúsculos fios elétricos no chip para gerar campos magnéticos controlados com precisão. Uma parte da onda atômica respondeu a esse campo magnético, o que permitiu aos pesquisadores aplicar uma força ascendente que neutralizava exatamente a atração gravitacional descendente. De fato, essa parte permaneceu estacionária em relação ao laboratório e à Terra.
A outra parte foi empurrada para cima por meio de um pulso magnético controlado com precisão e, posteriormente, passou para um estado praticamente inalterado pelo campo magnético, de modo que pudesse cair livremente sob o efeito da gravidade, seguindo uma trajetória balística, semelhante à de uma bola lançada ao ar.
No final da queda, os pesquisadores utilizaram outro pulso magnético controlado com precisão para reunir novamente as duas partes. Quando as duas ondas se encontraram, elas interferiram uma na outra. Essa interferência permitiu que eles medissem a minúscula diferença na fase quântica acumulada enquanto uma caía e a outra permanecia imóvel.
A fase medida no novo experimento coincide com a prevista ao aplicar o princípio de Einstein a essa onda quântica. Portanto, o resultado estabelece uma conexão experimental entre a física quântica e a teoria da gravidade de Einstein.
Embora em experimentos anteriores tenham sido utilizadas partículas quânticas para medir a gravidade, os pesquisadores afirmam que esta é a primeira medição direta da fase quântica prevista de um objeto em queda livre.
O autor principal, o professor Ron Folman (Universidade Ben-Gurion do Negev), afirma: “Este é um artigo único, no sentido de que combina um experimento complexo com uma interpretação teórica de grande alcance sobre uma das questões mais fundamentais da física.” Ou seja, como a gravidade (descrita pela teoria da relatividade de Einstein) e a teoria quântica podem ser unificadas em uma única compreensão do universo. Esses dois pilares da física moderna têm escapado, até agora, a todas as tentativas de unificar o quadro teórico, mas esse experimento complexo oferece mais pistas sobre como tal unificação poderia ser alcançada”.
O professor Vlatko Vedral (Departamento de Física, Universidade de Oxford), coautor do estudo, acrescenta: “Não dispomos de uma teoria coerente que explique por que a física quântica deveria falhar. Este experimento leva a mecânica quântica a uma de suas fronteiras mais fascinantes, a gravidade, e demonstra que, mais uma vez, suas previsões se confirmam”.
O resultado não unifica a mecânica quântica e a gravidade, nem demonstra que a própria gravidade seja quântica. Em vez disso, demonstra que o princípio da equivalência de Einstein continua sendo compatível com a mecânica quântica no regime analisado.
Além disso, o estudo não refuta o argumento do coautor, o professor Sir Roger Penrose (Universidade de Oxford), de que a mecânica quântica poderia deixar de ser válida para objetos suficientemente massivos mantidos em superposições quânticas durante períodos prolongados. Embora o experimento atual não tenha atingido as massas nem os tempos necessários para comprovar essa ideia, a equipe de pesquisa espera que a técnica sirva de base para experimentos com objetos muito mais pesados, como nanodiamantes, que permitam investigar essa possibilidade. Um experimento desse tipo está sendo realizado atualmente pelo mesmo grupo da Universidade Ben-Gurion do Negev.
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