Pesquisadores mediram pela primeira vez um efeito gravitacional previsto por Einstein em um objeto quântico em queda. Equipe de Ben-Gurion, Ulm e Oxford, com Sir Roger Penrose, aponta compatibilidade com a mecânica quântica.

Cientistas observaram diretamente, pela primeira vez, um efeito gravitacional previsto pela teoria de Albert Einstein em um objeto quântico em queda. O experimento mostrou que um dos princípios fundamentais da teoria da gravidade permaneceu compatível com a mecânica quântica nas condições testadas, reforçando a conexão entre duas estruturas centrais da física moderna.

A pesquisa foi conduzida por uma equipe internacional liderada por cientistas da Universidade Ben-Gurion do Negev, Universidade de Ulm e Universidade de Oxford, com participação do físico vencedor do Nobel Sir Roger Penrose. O estudo foi publicado na revista Science Advances em 2 de setembro.

Para testar a interação entre gravidade e comportamento quântico, os pesquisadores construíram um dispositivo denominado Interferômetro Quântico de Galileu. O aparato permitiu dividir a onda quântica associada a um átomo em dois caminhos distintos: uma parcela da onda foi mantida praticamente parada em relação ao laboratório e à Terra, enquanto a outra parte foi deixada cair livremente sob a ação da gravidade. Posteriormente, os dois caminhos foram reunidos para que a diferença acumulada pudesse ser mensurada.

O experimento utilizou nuvens de átomos de rubídio resfriadas a temperaturas próximas do zero absoluto e manipuladas nas proximidades da superfície de um chip desenvolvido para o estudo. Pulsos de micro-ondas colocaram os átomos em superposição quântica, fazendo com que cada átomo seguisse efetivamente dois caminhos ao mesmo tempo.

Pequenos fios elétricos no chip produziram campos magnéticos controlados. Uma das partes da onda atômica interagiu com esse campo, recebendo uma força para cima que equilibrou a ação da gravidade e manteve essa parcela estacionária em relação ao laboratório. A outra parte recebeu um pulso que a deixou praticamente livre da influência magnética, permitindo que ela se movesse sob a ação da gravidade em uma trajetória comparável à de um corpo em queda livre. Após a queda, um pulso magnético reuniu as duas partes e a interferência entre elas revelou uma diferença muito pequena na fase quântica acumulada.

“Este é um artigo único porque combina um experimento difícil com uma interpretação teórica de longo alcance sobre uma das questões mais fundamentais da física: como a gravidade, descrita pela teoria de Einstein, e a teoria quântica podem ser unificadas em uma compreensão do Universo?”

A citação acima foi feita por Ron Folman, autor principal do estudo.

Os pesquisadores observaram que a fase quântica medida coincidiu com a previsão obtida ao aplicar o princípio da equivalência de Einstein a esse tipo de onda quântica. O princípio, em termos simples, estabelece que a gravidade deve desaparecer localmente para um observador em queda livre — a mesma ideia que explica a sensação de ausência de peso em um elevador em queda livre.

Apesar da importância do resultado, a equipe deixou claro os limites da descoberta: o experimento não produziu uma teoria unificada entre mecânica quântica e gravidade, nem demonstrou que a gravidade em si seja quântica. O trabalho mostrou que o princípio da equivalência permaneceu compatível com a mecânica quântica dentro da faixa de condições investigada. A pesquisa também não descartou a hipótese defendida por Roger Penrose sobre possíveis limites da mecânica quântica para objetos suficientemente massivos em superposição por longos períodos; o experimento não envolveu massas ou durações capazes de testar essa proposta.

A equipe pretende ampliar a técnica para testar objetos mais pesados, incluindo nanodiamantes, e já possui experimentos em andamento no grupo da Universidade Ben-Gurion do Negev. A pesquisa reuniu participantes da Universidade Ben-Gurion do Negev, Universidade de Oxford, Universidade de Southampton, Centro Aeroespacial Alemão, Instituto de Tecnologias Quânticas de Ulm, Universidade de Ulm e Texas A&M University.