Ímã levitando poderá dizer se gravidade é quântica ou não

Redação do Site Inovação Tecnológica - 28/02/2024

Impressão artística do experimento proposto para medir se a gravidade é quântica ou não.
[Imagem: University of Southampton]

Gravidade quântica

Os cientistas estão um passo mais perto de desvendar as forças misteriosas do Universo depois de idealizarem um experimento para medir a força da gravidade em nível microscópico, para aferir se ela produz efeitos no mundo quântico.

Os físicos nunca entenderam completamente como a força descrita por Isaac Newton funciona no minúsculo reino quântico. Mesmo Einstein ficou confuso com a gravidade quântica e, na sua teoria da relatividade geral, disse que não existia nenhuma experiência realista que pudesse mostrar uma versão quântica da gravidade.

Há pouco mais de um mês, uma equipe britânica publicou uma proposta para usar diamantes levitando no vácuo para medir se a gravidade é quântica ou não.

Agora, membros da mesma equipe anunciaram uma nova proposta, ainda mais fácil de ser executada: Levitar ímãs para detectar a gravidade em partículas microscópicas, pequenas o suficiente para chegar ao reino quântico.

Em busca da gravidade quântica

O experimento agora proposto envolve componentes supercondutores, conhecidos como armadilhas, com campos magnéticos, detectores sensíveis e um avançado sistema de isolamento contra vibrações.

Esse aparato servirá para levitar magneticamente um minúsculo ímã de neodímio, pesando cerca de 0,5 miligrama, de modo a neutralizar a gravidade da Terra. Pequenas alterações no campo magnético do ímã, criadas pela influência gravitacional de objetos que forem colocados próximos, poderão então ser convertidas em uma medida da força gravitacional.

A equipe calcula que, com uma massa de teste de 1 quilograma girando nas proximidades do aparato, será possível medir uma força de 30 attonewtons na partícula magnética levitada - um attonewton é um bilionésimo de um bilionésimo de newton (10^-18 newtons).

Diagrama esquemático da configuração experimental proposta.
[Imagem: Tim M. Fuchs et al. - 10.1126/sciadv.adk2949]

Melhorias necessárias

Tim Fuchs e seus colegas reconhecem que o experimento não é perfeito, já que a massa de teste precisará estar em movimento na velocidade certa para criar uma ressonância gravitacional com o ímã - caso contrário a força não será forte o suficiente para ser captada. Contudo, eles também afirmam que o aparato abra as portas para experimentos futuros entre objetos e forças ainda menores.

Na verdade, para dar resultados conclusivos, será necessário encolher a massa de teste para um tamanho semelhante ao da partícula magnética levitada, para que a gravidade possa ser testada enquanto as partículas apresentem efeitos quânticos, como entrelaçamento ou superposição. E isso exigirá atingir níveis de precisão em cada parte do experimento que ainda não sabemos se será possível com a tecnologia atual.

"Nossa nova técnica, que utiliza temperaturas extremamente baixas e dispositivos para isolar a vibração da partícula, provavelmente provará o caminho a seguir para medir a gravidade quântica. Desvendar esses mistérios nos ajudará a desvendar mais segredos sobre a própria estrutura do Universo, desde as menores partículas até as maiores estruturas cósmicas," disse o professor Hendrik Ulbricht, da Universidade de Southampton.

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