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Gravidade quântica pode ser testada em laboratório

Gravidade quântica pode ser testada em laboratório
Ilustração de um pulso de laser usado para testar um espelho em busca de possíveis efeitos da gravitação quântica.[Imagem: Jonas Schmoele/VCQ/University of Vienna]

Escalas de Planck

Os físicos acreditam que a teoria da gravidade de Einstein e a física quântica vão coalescer em uma teoria única nas chamadas escalas de Planck.

Nessas escalas, de altíssimas energias e dimensões inimaginavelmente pequenas, acredita-se que ocorram fenômenos que não ocorrem em outras escalas.

O problema é que as escalas de Planck estão tão fora da dimensão humana que a maioria dos estudiosos afirma que é virtualmente impossível testar experimentalmente a gravidade quântica, a não ser em eventos cósmicos muito raros e difíceis de observar.

Veja por quê: o comprimento de Planck é de 1,6 x 10-35 metro. Se você der um zoom nessa dimensão, e torná-la do tamanho de 1 metro, então um único átomo terá o tamanho do Universo inteiro.

A energia de Planck, por outro lado, é tão descomunal que faz o acelerador do LHC parecer uma pilha descarregada - um acelerador de partículas capaz de produzir a energia de Planck seria simplesmente astronômico, o que, apenas para exemplificação, é maior do que galáctico.

No meio do caminho está a massa de Planck - 2,17 × 10-8 -, mais ou menos a massa de um grão de poeira, que parece ser grande demais para os fenômenos quânticos.

Fica então, de um lado, a teoria de Einstein falando sobre dimensões muito grandes e, de outro, a mecânica quântica falando de moléculas, átomos e coisas ainda menores - ambas falando muito bem em suas respectivas áreas, mas inconciliáveis.

A ordem das medições altera o resultado

Mas parece que agora surgiu uma luz nesse túnel-sem-fim - mais especificamente, uma luz no espelho.

Uma equipe internacional de físicos afirma que pode-se fazer a gravidade quântica olhar-se no espelho e, desse vislumbre, obter-se informações sobre ela.

Eles estão propondo que se pode testar experimentalmente algumas predições da teoria da gravidade quântica observando os efeitos quânticos em um sistema com a massa de Planck.

Na mecânica quântica, é impossível saber, ao mesmo tempo, onde uma partícula está e a que velocidade ela está se movendo.

Apesar disso, é possível fazer duas medições consecutivas: uma medição da posição da partícula, seguida por uma medição do seu momento, ou vice-versa.

Conforme a sequência usada - primeiro a posição e depois a velocidade, ou vice-versa -, serão obtidos resultados experimentais diferentes.

De acordo com várias teorias da gravidade quântica - ou candidatas a teoria da gravidade quântica - essa diferença entre as duas medições se altera dependendo da massa do sistema, uma vez que o comprimento de Planck, uma espécie de quantum do comprimento, coloca um limite à medição de distâncias.

Gravidade quântica pode ser testada em laboratório
O teste experimental da gravidade quântica poderá ser possível graças a uma série de avanços recentes, que demonstraram ser possível observar a mecânica quântica no movimento de objetos macroscópicos. [Imagem: O Connell et al./Nature]

Testando a gravidade quântica em laboratório

A equipe de físicos agora demonstrou matematicamente que, embora essas diferenças sejam muito pequenas, elas podem ser verificadas usando sistemas quânticos muito maciços - com a quanticamente gigantesca massa de Planck, para ser mais exato.

Mas isso não é um problema assim tão grande, uma vez que a própria equipe da Universidade de Viena já conseguiu estabelecer uma interação entre um fóton e um ressonador micromecânico, criando o chamado acoplamento forte, capaz de transferir efeitos quânticos para o mundo macroscópico.

Ou seja, para eles, é possível testar a gravidade quântica em laboratório.

O experimento proposto lembra um pouco uma técnica usada recentemente para produzir luz a partir do vácuo.

A ideia principal é usar um pulso de laser para interagir quatro vezes com um espelho em movimento para avaliar com exatidão a diferença entre as duas medições - medir primeiro a posição e depois medir o momento, em comparação com medir primeiro o momento e depois medir a posição.

Segundo a equipe, atingindo a precisão adequada, é possível mapear o efeito no pulso de laser, lendo os resultados com técnicas de óptica quântica.

"Qualquer desvio do resultado previsto pela mecânica quântica será muito excitante," afirmou Igor Pikovski, da Universidade de Viena, idealizador da técnica, "mas mesmo se não for observado nenhum desvio, os resultados poderão ajudar na busca por possíveis novas teorias."

Bibliografia:

Probing Planck-scale physics with quantum optics
Igor Pikovski, Michael R. Vanner, Markus Aspelmeyer, M. S. Kim, Caslav Brukner
Nature Physics
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nphys2262




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