Físicos descobriram uma maneira de medir a gravidade em uma escala quântica: WebCuriosos

Agindo sobre uma minúscula partícula levitando em uma armadilha magnética, os físicos acabaram de medir a menor força gravitacional já registrada.

A partícula pesava apenas 0,43 miligramas. E a força da força gravitacional em jogo estava na escala de attonnewtons (10^-18 newtons). Isso é pequeno o suficiente para estar à beira do reino quântico, provocando a possibilidade de finalmente descobrir como a física clássica e a mecânica quântica interagem.

“Durante um século, os cientistas tentaram e não conseguiram compreender como a gravidade e a mecânica quântica funcionam juntas”, diz o físico Tim Fuchs da Universidade de Leiden e da Universidade de Southampton, que liderou a pesquisa.

“Agora que medimos com sucesso os sinais gravitacionais na menor massa já registrada, isso significa que estamos um passo mais perto de finalmente perceber como funciona em conjunto.”

O problema da gravidade quântica talvez possa ser melhor descrito como intratável, pelo menos até agora. Tem a ver com nossas estruturas para explicar o Universo.

A física clássica – isto é, a gravidade – explica como as coisas funcionam na maioria das escalas. Porém, quando você fica bem pequenininho, nas escalas atômica e subatômica, a gravidade simplesmente não funciona para explicar o que vemos.

Para isso, os físicos usam a mecânica quântica, e isso é ótimo. Mas, assim como a física clássica não pode ser aplicada às escalas quânticas, a mecânica quântica não funciona para escalas clássicas. E ainda assim, de alguma forma, o Universo funciona. Isto leva os cientistas a acreditar que ainda não foi encontrada uma solução entre as duas estruturas.

Uma maneira potencial de interrogar o problema é sondar a gravidade em escalas muito, muito pequenas. Isso, no entanto, é mais difícil do que pode parecer: a gravidade está em todo o Universo, e extrair um sinal em escala quântica no ambiente da gravidade da Terra não é tarefa fácil.

Para contornar esse dilema, Fuchs e sua equipe usaram algo chamado armadilha magnética supercondutora. Uma pequena armadilha feita de tântalo é resfriada a uma temperatura crítica de 4,48 Kelvin (-268,67 Celsius, ou -451,6 Fahrenheit).

Na câmara, a partícula levita. Isso consiste em três cubos magnéticos de neodímio de 0,25 milímetros e uma esfera de vidro de 0,25 milímetros unidos para criar uma partícula com cerca de 0,43 miligramas de massa.

O aparelho é suspenso por molas em um sistema de molas em massa para proteger o experimento de vibrações externas, e o criostato é colocado em amortecedores pneumáticos para limitar as vibrações do edifício.

Finalmente, uma roda acionada eletricamente com um conjunto de três massas de latão de 2,45 quilogramas é posicionada para criar um gradiente de gravidade. Isto produziu um efeito mensurável na partícula – uma força gravitacional de apenas 30 attonewtons.

É a menor escala na qual os físicos mediram a gravidade, batendo o recorde estabelecido há apenas três anos com duas esferas de ouro de 90 miligramas.

E isso, dizem os pesquisadores, é apenas um primeiro passo. Agora que demonstraram a eficácia da sua experiência, pretendem levá-la muito mais longe.

“A partir daqui começaremos a reduzir a fonte usando esta técnica até chegarmos ao mundo quântico em ambos os lados,” Fuchs diz. “Ao compreender a gravidade quântica, poderíamos resolver alguns dos mistérios do nosso universo – como como ele começou, o que acontece dentro dos buracos negros ou a união de todas as forças em uma grande teoria.”

Sempre haverá mais a fazer – mas agora parece que as respostas estão a apenas um salto quântico de distância.

A pesquisa da equipe foi publicada em Avanços da Ciência.