A gravidade é uma quantidade? Uma nova experiência para explorar as profundezas do universo

Cientistas de diversas universidades estão colaborando em um experimento chamado MAST-QG para determinar se a gravidade tem propriedades quânticas. O experimento, que envolve a levitação de pequenos diamantes em um estado de superposição quântica, visa unificar a relatividade geral e a mecânica quântica. Apesar da sua complexidade, esta investigação pode mudar fundamentalmente a nossa compreensão da gravidade e tem implicações abrangentes para a física. Crédito: SciTechDaily.com

• Cientistas estão desenvolvendo experimento para testar se a gravidade é quântica ou não
• Na mecânica quântica, que descreve o comportamento de átomos e moléculas, as coisas se comportam de maneira diferente de tudo o que conhecemos: podem estar em um estado de superposição quântica tal que estejam em dois lugares ao mesmo tempo.
• Agora, os cientistas estão procurando uma maneira de determinar se a gravidade funciona dessa maneira, levitando pequenos diamantes no vácuo.
• Se a gravidade fosse quântica, os diamantes estariam “emaranhados” – um fenômeno interessante que conecta fortemente dois objetos de maneiras impossíveis na vida cotidiana
• Esta pesquisa ajudará a entender os buracos negros a grande explosãoE o universo

Experimento de gravidade quântica

Os cientistas estão desenvolvendo um experimento para testar se a gravidade é quântica, uma das questões mais profundas sobre o nosso universo.

A relatividade geral e a mecânica quântica são nossas duas descrições básicas da natureza. A relatividade geral explica a gravidade em grandes escalas, enquanto a mecânica quântica explica o comportamento dos átomos e moléculas.

O desafio de unificar teorias

Indiscutivelmente o problema não resolvido mais importante na física fundamental é a maneira correta de combinar essas duas teorias – para determinar se a gravidade opera no nível quântico. Embora o trabalho teórico tenha sugerido muitas possibilidades, são necessários experimentos para compreender completamente o comportamento da gravidade.

Um raio laser no laboratório de Gavin Morley explora as propriedades quânticas dos diamantes. Crédito: Gavin Morley

Uma experiência revolucionária do consórcio global

Durante cem anos, os experimentos sobre a natureza quântica da gravidade pareciam rebuscados, mas agora cientistas baseados nas Universidades de Warwick, University College London, Yale (EUA), Northwestern (EUA) e Groningen (Holanda) trabalharão juntos para investigue este quebra-cabeça. .

A nova ideia deles é colocar dois pequenos diamantes no vácuo e colocá-los em uma superposição quântica, estando em dois lugares ao mesmo tempo. Esse comportamento contra-intuitivo é uma característica fundamental da mecânica quântica.

A visão do professor Morley sobre o experimento

Cada diamante pode ser considerado uma versão menor do gato de Schrödinger. Investigador Principal Professor Gavin Morley, Departamento de Física, Universidade de WarwickEle explica: “O gato de Schrödinger é um experimento mental que sugere que seria muito estranho para objetos do cotidiano (e animais de estimação!) Estarem em um estado de superposição quântica por estarem em dois lugares ao mesmo tempo. Queremos testar os limites disso. ideia.”

“Colocamos com sucesso átomos e moléculas neste estado de superposição, mas queremos fazê-lo com objetos muito maiores. Nossos diamantes são compostos de um bilhão ou mais de átomos. Para testar a natureza quântica da gravidade, devemos procurar interações entre dois desses diamantes devido à gravidade.”

“Se a gravidade fosse quântica, seria capaz de entrelaçar dois diamantes. O emaranhamento é um efeito quântico único em que duas coisas estão conectadas com mais força do que é possível em nossas vidas cotidianas. Por exemplo, se duas moedas pudessem ser emaranhadas, você poderia descobrir que quando você os vira, eles caem da mesma maneira, mesmo que seja impossível saber se serão cara ou coroa.

Desafios e repercussões

Ainda existem muitos desafios para concretizar esta ideia, que a equipe investigará durante o projeto. “Por exemplo, precisamos eliminar todas as interações entre nanopartículas além da gravidade, o que é muito difícil porque a gravidade é muito fraca”, diz o Dr. David Moore, do Universidade de Yale.

O professor Morley, que é o diretor fundador do Warwick Quantum, uma nova iniciativa multidisciplinar de pesquisa em tecnologia quântica, acrescentou: “Para mim, o problema mais importante da física neste momento é desenvolver um experimento que possa testar a natureza quântica da gravidade. Este novo projeto é uma aceleração da nossa emocionante jornada rumo a isso.

Perspectivas de estudiosos colaboradores

O professor Sugato Bose, da University College London, comentou: “É difícil exagerar o quão importante é para os físicos conduzirem experimentos que possam descobrir o caminho certo para combinar a mecânica quântica e a relatividade geral. Pessoas que trabalham em teorias da gravidade quântica, como a teoria das cordas geralmente se concentra no que acontece em altas energias, perto de buracos negros e no big bang.

“Em contraste, o nosso trabalho é realizado no regime de baixa energia aqui na Terra, mas também fornecerá informações valiosas sobre… se A gravidade é quântica. O experimento também pode ser considerado uma verificação da previsão geral de qualquer teoria quântica da gravidade em baixas energias.

O professor Anupam Mazumdar, da Universidade de Groningen, acrescenta: “No caminho para a compreensão da natureza quântica da gravidade, poderemos testar outros aspectos da física fundamental, como desvios exóticos da gravidade newtoniana em distâncias curtas.”

“Este é um experimento desafiador e este projeto é inovador ao enfrentar alguns dos principais desafios técnicos para tornar realidade esses testes dos aspectos quânticos da gravidade”, disse Andrew Geraci, professor associado de física. Universidade do Noroeste.

O projeto é denominado “MAST-QG: Superposições macroscópicas para visualizar a natureza quântica da gravidade”.