Cientistas mediram diretamente, em um objeto quântico em queda, um efeito gravitacional previsto pela teoria de Albert Einstein. O resultado indica que o princípio da equivalência continua compatível com a mecânica quântica nas condições avaliadas no experimento.
O estudo foi conduzido por pesquisadores da Universidade Ben-Gurion do Negev, da Universidade de Ulm e da Universidade de Oxford, com participação do físico Sir Roger Penrose. O trabalho foi publicado na revista Science Advances em 2 de setembro.
A pesquisa examinou a interface entre as duas principais descrições da física moderna. A mecânica quântica trata do comportamento de átomos e outras partículas muito pequenas, enquanto a teoria de Einstein descreve a gravidade, a queda dos corpos e a estrutura do Universo em grande escala.
Medição em dois caminhos
Para realizar o teste, a equipe construiu o Interferômetro Quântico de Galileu. O equipamento dividiu a onda associada a um átomo em trajetórias distintas. Uma delas foi mantida praticamente imóvel em relação ao laboratório e à Terra; a outra foi submetida à queda livre causada pela gravidade.
Os pesquisadores usaram nuvens de átomos de rubídio resfriados a temperaturas próximas do zero absoluto. Pulsos de micro-ondas colocaram os átomos em superposição quântica, permitindo que cada um seguisse os dois caminhos ao mesmo tempo.
Fios elétricos instalados em um chip produziram campos magnéticos controlados. Em uma das trajetórias, a interação com esse campo gerou uma força ascendente que compensou a gravidade. Na outra, um pulso magnético reduziu a influência do campo, deixando o átomo se mover de forma semelhante a um corpo lançado para o alto.
Após o movimento, um novo pulso reuniu as trajetórias. A interferência entre as ondas permitiu determinar a diferença de fase acumulada entre a parte que caiu e a que permaneceu estacionária.
A fase registrada coincidiu com o valor previsto quando o princípio da equivalência é aplicado a uma onda quântica. Esse princípio estabelece que a gravidade deve desaparecer localmente para um observador em queda livre, como ocorre com a sensação de ausência de peso em um elevador nessa situação.
Ron Folman, autor principal do estudo, afirmou: “Este é um artigo único porque combina um experimento difícil com uma interpretação teórica de longo alcance”. Vlatko Vedral, professor da Universidade de Oxford e coautor, disse que o trabalho levou a mecânica quântica a uma de suas fronteiras mais intrigantes.
Limites do resultado
A experiência não criou uma teoria unificada da gravidade e da mecânica quântica, nem demonstrou que a gravidade seja quântica. A conclusão é mais específica: o princípio da equivalência de Einstein permaneceu compatível com a mecânica quântica na faixa de condições examinada.
O teste também não avaliou a hipótese de Roger Penrose segundo a qual a mecânica quântica poderia deixar de funcionar quando objetos suficientemente massivos permanecessem em superposição por períodos suficientemente longos. O experimento não utilizou massa ou duração suficientes para verificar essa possibilidade.
A equipe pretende aplicar a técnica a objetos mais pesados, incluindo nanodiamantes. Trabalhos com esse objetivo já estão em andamento no grupo da Universidade Ben-Gurion do Negev. A pesquisa também reuniu cientistas da Universidade de Southampton, do Centro Aeroespacial Alemão, do Instituto de Tecnologias Quânticas de Ulm e da Texas A&M University.
