Físicos Descobriram uma Maneira de Medir a Gravidade em uma Escala Quântica
Cientistas físicos alcançaram um marco notável ao detectar a força gravitacional mais fraca já observada, utilizando um objeto minúsculo suspenso em uma armadilha magnética.
Este objeto tinha uma massa de apenas 0,43 gramas. Notavelmente, a força gravitacional a que foi submetido estava na escala de attonewtons, uma unidade que equivale a um quintilionésimo de newton (10^-18 newtons). Esta força incrivelmente pequena situa-se na fronteira do domínio quântico, sugerindo a possibilidade de desvendar a relação entre a física clássica e a mecânica quântica.
Tim Fuchs, físico da Universidade de Leiden e da Universidade de Southampton, que liderou o estudo, comentou: “Há um século, cientistas têm tentado sem sucesso compreender como a gravidade e a mecânica quântica operam juntas.” Ele acrescentou: “Agora que medimos com sucesso sinais gravitacionais na menor massa já registrada, estamos um passo mais perto de finalmente entender como eles funcionam em conjunto.”
O desafio de integrar a gravidade quântica com os frameworks científicos existentes tem sido notoriamente difícil. A física clássica descreve efetivamente os fenômenos na maioria das escalas, especialmente onde a gravidade está envolvida. No entanto, em escalas extremamente pequenas, como os níveis atômico e subatômico, a física clássica se mostra insuficiente, e a mecânica quântica assume. Apesar disso, a mecânica quântica não se aplica efetivamente em escalas maiores e clássicas. No entanto, o universo funciona de maneira harmoniosa, sugerindo que uma teoria unificadora ainda está por ser descoberta.
Para explorar isso, investigar a gravidade em escalas minúsculas é crucial, mas desafiador, especialmente dada a onipresença da gravidade no universo e a dificuldade de isolar sinais de escala quântica em meio ao ambiente gravitacional da Terra.
Para superar esses desafios, Fuchs e sua equipe utilizaram uma armadilha magnética supercondutora. Isso envolveu uma pequena armadilha de tântalo resfriada a 4,48 Kelvin (-268,67 Celsius ou -451,6 Fahrenheit). Dentro desta armadilha, um objeto foi levitado, composto por três esferas de ímã de neodímio, cada uma com 0,25 milímetros de diâmetro, e uma única esfera de vidro do mesmo tamanho, com um peso coletivo de cerca de 0,43 gramas.
Todo o aparato foi delicadamente suspenso usando um sistema de molas para isolá-lo de vibrações externas, e o criostato foi posicionado em amortecedores pneumáticos para reduzir ainda mais as vibrações do edifício.
Um componente chave foi uma roda elétrica equipada com três massas de latão de 2,45 quilogramas, criando um gradiente de gravidade que exerceu uma força gravitacional mensurável de 30 attonewtons no objeto.
Este experimento estabelece um novo recorde para a medição da gravidade, superando o recorde anterior alcançado três anos antes com duas esferas de ouro de 90 miligramas.
Os pesquisadores veem isso apenas como o começo. Eles planejam refinar sua técnica para sondar ainda mais profundamente no reino quântico. Fuchs declarou: “A partir daqui, começaremos a reduzir a escala da fonte usando esta técnica até alcançarmos o mundo quântico em ambos os lados. Ao entender a gravidade quântica, poderíamos resolver alguns dos mistérios do nosso universo – como ele começou, o que acontece dentro dos buracos negros ou unir todas as forças em uma grande teoria.”
Embora haja muito mais a explorar, esses avanços sugerem que as respostas para essas questões profundas podem em breve estar ao nosso alcance. [Science Alert]
