Cientistas de diversas universidades estão colaborando em um experimento chamado “MAST-QG” para determinar se a gravidade tem propriedades quânticas. O experimento envolve a levitação de microdiamantes em um estado de superposição quântica e tem como objetivo combinar a relatividade geral e a mecânica quântica. Embora a pesquisa seja complexa, ela poderia mudar fundamentalmente a nossa compreensão da gravidade e ter amplas implicações para a física.
Os cientistas estão desenvolvendo um experimento para testar se a gravidade é quântica – uma das questões mais profundas do nosso universo. Na mecânica quântica, que descreve o comportamento de átomos e moléculas, os objetos se comportam de maneira diferente de tudo que conhecemos: eles podem estar em uma superposição quântica de dois lugares ao mesmo tempo. A relatividade geral e a mecânica quântica são as nossas duas descrições mais fundamentais da natureza. A relatividade geral explica a gravidade em grandes escalas, enquanto a mecânica quântica explica o comportamento dos átomos e moléculas.
Agora, os cientistas estão trabalhando em uma maneira de determinar se a gravidade se comporta dessa maneira, levitando pequenos diamantes no vácuo. Se a gravidade for quântica, ela poderia “enredar” diamantes – um fenômeno interessante que pode unir firmemente dois objetos de uma forma que é improvável que aconteça na vida cotidiana.
Esta pesquisa ajudará as pessoas a compreender os mistérios dos buracos negros, do Big Bang e do universo.
O desafio de uma teoria unificada
Provavelmente a questão em aberto mais importante na física fundamental é a maneira correta de combinar as duas teorias – determinar se a gravidade opera no nível quântico. Embora estudos teóricos sugiram muitas possibilidades, serão necessários experimentos para compreender completamente o comportamento da gravidade.
Durante cem anos, as experiências sobre a natureza quântica da gravidade pareciam fora de alcance, mas agora cientistas da Universidade de Warwick, da Universidade de Londres, de Los Angeles, da Universidade de Yale (EUA), da Universidade Northwestern (EUA) e da Universidade de Groningen (Holanda) unirão forças para investigar este enigma.
A nova ideia deles é levitar dois microdiamantes no vácuo, de modo que cada diamante esteja em uma superposição quântica de dois locais ao mesmo tempo. Esse comportamento contra-intuitivo é uma característica fundamental da mecânica quântica.
Cada diamante pode ser considerado uma versão menor do gato de Schrödinger. O pesquisador principal, Professor Gavin Morley, do Departamento de Física da Universidade de Warwick, explicou: “O gato de Schrödinger era um experimento mental que sugeria que seria muito estranho se objetos do cotidiano (e animais de estimação!) pudessem estar em uma superposição quântica de dois lugares ao mesmo tempo, e queríamos testar os limites dessa ideia.
Átomos e moléculas entraram com sucesso neste estado de superposição, mas queríamos fazê-lo com objetos maiores. Nossos diamantes são compostos de um bilhão de átomos ou mais. Para testar a natureza quântica da gravidade, procuraremos interações gravitacionais entre dois desses diamantes.
Se a gravidade fosse quântica, poderia emaranhar dois diamantes. O emaranhamento é um efeito quântico único em que duas coisas estão mais intimamente ligadas do que na nossa vida quotidiana. Por exemplo, se duas moedas pudessem ficar emaranhadas, você poderia descobrir que elas cairiam da mesma maneira toda vez que você as lançasse, mesmo que fosse impossível saber antecipadamente se seriam cara ou coroa. "
Desafios e Impacto
Existem muitos desafios para concretizar essa ideia, que a equipe analisará durante o projeto. “Por exemplo, precisamos eliminar todas as interações entre nanopartículas, exceto a gravidade, que é tão fraca, o que é extremamente desafiador”, disse o Dr. David Moore, da Universidade de Yale.
O professor Morley, diretor fundador da Warwick Quantum, uma nova iniciativa interdisciplinar na pesquisa de tecnologia quântica, acrescentou: "Para mim, a questão mais importante na física neste momento é desenvolver uma experiência que possa testar as propriedades quânticas da gravidade. Este novo projeto irá acelerar o nosso progresso em direção a este objetivo."
O professor Sujato-Bose, da Universidade de Londres, Los Angeles, comentou: "A importância de ter experimentos que podem explorar a combinação correta de mecânica quântica e relatividade geral não pode ser exagerada para os físicos. Pessoas que estudam teorias de gravidade quântica, como a teoria das cordas, geralmente se concentram em buracos negros de alta energia, o que aconteceu nas proximidades e no Big Bang. Em contraste, nosso trabalho foi realizado em um ambiente de baixa energia na Terra, mas também fornecerá informações valiosas sobre se a gravidade é gravidade quântica. Além disso, este experimento também pode ser visto como uma validação das previsões gerais de qualquer teoria quântica da gravidade em baixas energias."
Anupam-Mazumdar, professor da Universidade de Groningen, acrescentou: “No caminho para a compreensão da natureza quântica da gravidade, poderemos testar outros aspectos da física fundamental, como desvios singulares de curto alcance da gravidade newtoniana”.
“Esta é uma experiência desafiadora, e este projeto é um pioneiro na resolução de alguns dos principais desafios técnicos para tornar realidade estes testes dos aspectos quânticos da gravidade”, disse Andrew Geraci, professor associado de física na Northwestern University.
O projeto é denominado "MAST-QG: Testemunhando a superposição macroscópica da natureza quântica da gravidade".
Fonte compilada: ScitechDaily