Resumo:
Por que os átomos e as partículas elementares podem exibir comportamentos quânticos estranhos, enquanto os objetos macroscópicos com os quais interagimos todos os dias seguem leis físicas clássicas familiares? Os físicos há muito tentam resolver esse mistério. Recentemente, um novo estudo realizado num laboratório subterrâneo na Itália testou rigorosamente uma teoria proposta na década de 1960. Os pesquisadores mediram continuamente durante 62 dias, mas não encontraram o fraco sinal de radiação previsto pela teoria, descartando assim este modelo específico como explicação do mecanismo de desaparecimento dos fenômenos quânticos.
Esta pesquisa foi concluída por pesquisadores relevantes do Instituto Nacional Italiano de Física Nuclear, e os resultados da pesquisa foram publicados no "New Journal of Physics" em 19 de junho de 2026. O artigo é intitulado "Exclusão experimental de um modelo generalizado de decoerência induzida pela gravidade de Karoi-Hazy". Os resultados da pesquisa não significam que não haja ligação entre a gravidade e a mecânica quântica, mas eliminam um caminho teórico que tem chamado a atenção da comunidade física para entender por que o mundo macroscópico não apresenta efeitos quânticos óbvios.
A pesquisa envolve um dos experimentos mentais mais famosos da física quântica: o gato de Schrödinger.
Em 1935, o físico austríaco Erwin Schrödinger propôs um experimento mental: colocar um gato em uma caixa fechada com átomos radioativos, dispositivos de gás venenoso, etc. Se os átomos se decompõem, o dispositivo libera gás venenoso e o gato morre; se os átomos não se decompõem, o gato sobrevive. De acordo com a descrição de todo o sistema pela mecânica quântica, o sistema pode estar numa superposição quântica de diferentes estados antes de ocorrer a medição, resultando no famoso paradoxo de um gato estar vivo e morto.
Schrödinger propôs esta experiência mental não para afirmar que os gatos na realidade podem realmente viver e morrer ao mesmo tempo no sentido quotidiano, mas para revelar os profundos problemas enfrentados quando a teoria quântica é aplicada ao mundo macroscópico.
No mundo microscópico, as partículas podem estar em uma superposição de múltiplos estados possíveis e exibir características quânticas, como interferência. Contudo, os objetos da vida cotidiana não apresentam o mesmo fenômeno óbvio. Os físicos referem-se ao processo no qual as características de interferência quântica se tornam cada vez mais difíceis de observar depois que um sistema quântico interage com o ambiente circundante como “decoerência”.
As interações ambientais podem explicar por que muitos objetos macroscópicos parecem seguir as leis da física clássica, mas qual é a relação entre a mecânica quântica e a gravidade, e se a gravidade também destrói ativamente a superposição quântica, ainda são questões em aberto na física básica.
Na década de 1960, o físico teórico húngaro Frijesh Karojhazy propôs uma teoria que tentava explicar este problema. Ele acredita que pode haver flutuações extremamente pequenas no espaço e no tempo que não podem ser completamente evitadas, e essas flutuações podem destruir gradualmente o estado de superposição do sistema quântico, tornando difícil para objetos grandes continuarem a exibir comportamento quântico.
Esta linha de pensamento tenta estabelecer uma conexão entre a mecânica quântica e a teoria geral da relatividade de Einstein. A relatividade geral descreve a gravidade como o resultado da curvatura do espaço-tempo, e a teoria de Karoljhazy vai além ao imaginar que pode haver pequenas incertezas no próprio espaço-tempo, o que poderia afetar a evolução dos sistemas quânticos.
Décadas após a proposta desta teoria, investigadores relevantes reformularam-na e melhoraram-na para submeter as suas previsões a testes experimentais mais rigorosos. Os investigadores esperam determinar experimentalmente se as flutuações hipotéticas no espaço-tempo realmente afectam a matéria de formas mensuráveis.
O problema é que as flutuações espaço-temporais previstas pela teoria são extremamente fracas e não podem ser medidas direta e rotineiramente. No entanto, se essas flutuações existirem e puderem acelerar aleatoriamente partículas carregadas, então as partículas deverão produzir radiação eletromagnética extremamente fraca.
Por outras palavras, os investigadores não têm de observar diretamente o espaço-tempo em si, mas simplesmente procurar os sinais de radiação previstos pela teoria, dando-lhes a oportunidade de testar o modelo. Se o sinal existir, fornecerá suporte para a teoria; se a sensibilidade experimental for alta o suficiente, mas o sinal esperado nunca for encontrado, os pesquisadores podem limitar ou mesmo excluir os parâmetros e modelos teóricos correspondentes.
Para completar este experimento, a equipe de pesquisa escolheu o Laboratório Nacional Gran Sasso, na Itália. O laboratório está localizado a cerca de 1,4 quilômetros de profundidade nas montanhas Gran Sasso e é um dos maiores laboratórios subterrâneos de pesquisa em física básica do mundo.
As formações rochosas subterrâneas podem proteger uma grande quantidade de raios cósmicos e outras radiações de fundo, reduzindo a interferência externa. Esta blindagem natural é importante quando se procuram sinais extremamente fracos, uma vez que a radiação do ambiente pode ser muito mais forte do que o sinal alvo que os investigadores esperam capturar.
No experimento, os pesquisadores usaram um cristal de germânio de alta pureza como componente central do detector, que tem aproximadamente o tamanho de uma xícara de café. Uma estrutura de blindagem multicamadas de cobre e chumbo também é instalada na parte externa do detector para reduzir ainda mais o impacto da radiação de fundo.
A equipe de pesquisa coletou dados durante 62 dias consecutivos, depois analisou e subtraiu a radiação de fundo esperada dos resultados da medição e, em seguida, verificou se os dados restantes continham o sinal de radiação específico previsto pelo modelo Karoljhazy.
No final das contas, os pesquisadores não encontraram sinais que correspondessem às previsões do modelo.
Este resultado significa que o modelo de decoerência induzida pela gravidade de Karoyhazy testado experimentalmente não pode ser apoiado pelos resultados observacionais. Os investigadores descartaram assim esta versão específica da teoria, estabelecendo novas restrições para estudos futuros que tentem explicar a relação entre a decoerência quântica e a gravidade.
Catarina Curceanu, membro da equipe de pesquisa e chefe de pesquisa do Laboratório Nacional Frascati do Instituto Nacional Italiano de Física Nuclear, destacou que a ausência do sinal esperado é em si um resultado científico importante. Ao excluir um modelo representativo e de longa data de decoerência induzida pela gravidade, os investigadores poderiam restringir ainda mais a sua busca pelo mecanismo físico relevante.
No entanto, este estudo não prova que a gravidade nunca poderá afetar os sistemas quânticos, nem resolve o problema maior de como unificar a mecânica quântica e a relatividade geral.
Diferentes teorias podem ligar a gravidade à decoerência quântica através de outros mecanismos, e se esses mecanismos são verdadeiros ainda requer mais verificações experimentais. O que este experimento foi capaz de descartar foram modelos específicos testados, e não todas as ideias sobre como a gravidade afeta o comportamento quântico.
A importância da pesquisa também é que ela mostra o processo das teorias básicas da física passando gradualmente da dedução matemática para testes experimentais precisos. No passado, algumas teorias envolvendo a estrutura do espaço-tempo e da gravidade quântica baseavam-se principalmente em análises matemáticas e pesquisas conceituais, tornando difícil projetar experimentos que pudessem testar diretamente suas previsões. À medida que a sensibilidade do detector continua a melhorar, algumas teorias começaram a produzir previsões concretas que podem ser testadas em relação a dados experimentais.
Os pensamentos de Karoyhazy também envolvem outra questão importante: se os humanos podem medir distâncias e posições no espaço e no tempo com precisão infinita.
No quadro da física clássica, geralmente pode-se imaginar a medição da posição dos objetos com precisão crescente. No entanto, na pesquisa teórica que tenta unificar a mecânica quântica e a gravidade, sempre atraiu muita atenção se o espaço-tempo ainda tem propriedades contínuas que podem ser medidas com precisão infinita em escalas extremamente pequenas. Algumas linhas de pesquisa da gravidade quântica, incluindo a teoria das cordas e a gravidade quântica em loop, envolvem a re-compreensão da estrutura do espaço-tempo em escalas extremamente pequenas, mas diferentes teorias tratam esta questão de forma diferente.
O físico quântico Christian Pischia, que participou do experimento, destacou que muitas ideias na pesquisa da gravidade quântica envolvem o conceito de escalas de comprimento mínimo relacionadas à incerteza das medições espaço-temporais. No entanto, esta experiência não prova se o comprimento mínimo realmente existe, mas limita um modelo específico que tenta ligar a incerteza espaço-temporal à decoerência quântica.
Os pesquisadores acreditam que experimentos de precisão estão gradativamente se tornando capazes de testar algumas hipóteses físicas que há muito permanecem na fase de especulação teórica. À medida que a tecnologia experimental se desenvolve, espera-se que os cientistas sejam capazes de julgar de uma forma mais rigorosa quais as teorias que podem descrever o mundo real e quais as teorias que precisam de ser revistas ou abandonadas.
Do gato de Schrödinger às flutuações do espaço-tempo e à gravidade quântica, esta investigação não revela diretamente todos os segredos da razão pela qual o mundo macroscópico exibe as leis da física clássica, mas elimina uma teoria que outrora se pensava poder explicar este fenómeno. Serve como um lembrete de que o valor das teorias científicas reside não apenas na sua capacidade de propor explicações convincentes, mas também na sua capacidade de fazer previsões claras e testáveis que podem ser testadas por resultados experimentais.
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