A gravidade de Einstein encontra a física quântica em novo experimento

O descobrimento que publica Science Advances demonstra que um princípio fundamental no núcleo da teoria da gravidade de Albert Einstein continua sendo coerente com o comportamento da matéria no mundo quântico.

A investigação é encabeçada pela Universidade Ben-Gurión (Israel) e conta entre os signatários com o prêmio Nobel de Física Roger Penrose da Universidade de Oxford (Reino Unido).

A mecânica quântica explica o comportamento estranho dos átomos e outros objetos minúsculos, enquanto a teoria geral da relatividade de Einstein descreve a gravidade e explica como caem os objetos.

A teoria de Einstein baseia-se no princípio de equivalência e foi comprovado com grande precisão que é válida para corpos de grande tamanho, mas os físicos ainda não compreendem completamente como se ajustam ambas as teorias.

A equipe realizou um experimento que investiga o ponto em que ambas se encontram e com o qual observaram uma mudança característica nas propriedades quânticas dos átomos à medida que caíam sob a influência da gravidade.

Esse efeito que mediram é o mesmo que se prediz quando se aplica o princípio de equivalência de Einstein a um objeto quântico.

A comunidade científica continua buscando um marco teórico unificado que reconcilie as normas do mundo clássico com as do quântico, mas este experimento, advertem os autores, não unifica a mecânica quântica e a gravidade, nem demonstra que a gravidade em si mesma seja quântica.

O que sim demonstra é que o princípio de equivalência de Einstein continua sendo coerente com a mecânica quântica no regime analisado.

Este experimento leva

a mecânica quântica a uma de suas fronteiras mais intrigantes, a gravidade, e demonstra, uma vez mais, que suas predições se cumprem

O princípio de equivalência de Einstein estabelece que para um observador em queda livre, a gravidade deveria desaparecer localmente, ou seja, alguém que caísse livremente em um elevador experimentaria imponderabilidade.

Os pesquisadores queriam comprovar experimentalmente esse princípio com objetos quânticos, que podem comportar-se como ondas ou como partículas e, na prática, deslocar-se por mais de uma trajetória.

O núcleo do experimento é um novo aparato que os pesquisadores denominam Interferômetro Quântico de Galileo, o qual permite dividir efetivamente a onda quântica associada a um átomo em duas trajetórias, indicou a Universidade de Oxford em um comunicado.

Uma dessas trajetórias era mantida fixa e a outra era deixada para cair livremente, após o que voltavam a unir-se para observar como a gravidade havia modificado a onda em queda.

O experimento utilizou nuvens de átomos de rubídio resfriados até uma temperatura ligeiramente superior ao zero absoluto e manipulados próximos à superfície de um chip atômico especialmente projetado.

Uma parte da onda foi mantida imóvel com respeito ao laboratório e à Terra; a outra, que foi empurrada para cima com um pulso magnético controlado, passou a um estado em que o campo magnético dificilmente a afetava, de modo que pôde cair livremente sob a influência da gravidade.

Ao final da queda, os pesquisadores utilizaram outro pulso para voltar a unir as duas partes que interferiram uma com a outra, o que permitiu medir a minúscula diferença na fase quântica acumulada enquanto uma caía e a outra permanecia imóvel.

A fase medida no novo experimento é a mesma que a prevista ao aplicar o princípio de Einstein a uma onda quântica deste tipo e, portanto, assinala a Universidade de Oxford, o resultado estabelece uma conexão experimental entre a física quântica e a teoria da gravidade.