Universo quântico: cientistas mediram um campo gravitacional miníusculo

A física quântica e a Teoria da Relatividade Geral se provaram corretas em todos os experimentos já realizados, mas continuam incompatíveis entre si. Um bom exemplo é a própria gravidade entre dois corpos — quando chegamos à escala quântica, a relatividade geral deixa de fazer sentido e a mecânica quântica reina. Contudo, cientistas conseguiram fazer a menor medição de campo gravitacional já realizada, o que pode ser útil na tentativa de conciliar as duas teorias físicas.

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O minúsculo campo gravitacional medido foi o de duas esferas de ouro de 90 miligramas. Como Isaac Newton explicou, a gravidade não é uma via de mão única, ou seja, dois corpos de diferentes massas exercem gravidade um sobre o outro. Por exemplo, o Sol exerce sua gravidade sobre a Terra, mas nosso planeta também impõe sua gravidade sobre o Sol. Mas como o Sol é muito mais massivo, é a Terra que fica “presa” nesse jogo gravitacional. O mesmo acontece com quaisquer outros objetos, incluindo as duas esferas de ouro.

Esse estudo tem com objetivo saber se as interações gravitacionais observadas no mundo macroscópico também funcionam do mesmo modo no universo quântico, ou seja, em escalas muito menores, envolvendo partículas. Uma das dificuldades de medir a gravidade de corpos muito pequenos é a própria Terra, pois nosso planeta está constantemente atraindo para seu núcleo todos os objetos que existem nele. Para medir com precisão a força gravitacional de duas pequenas esferas de ouro, seria necessário “desligar” a gravidade da Terra.

Bem, foi mais ou menos isso o que os cientistas liderados por Tobias Westphal fizeram. Eles recorreram a um experimento do século XVIII realizado por Henry Cavendish, um cientista inglês que obteve sucesso em medir a gravidade entre duas massas, fornecendo assim valores precisos. Cavendish criou uma balança de torção (aparelho inventado por John Michell para medir torques muito fracos) anexando pesos de chumbo em cada extremidade da haste horizontal do instrumento. Foi assim que Cavendish conseguiu medir a gravidade da Terra, e você confere o experimento dele no vídeo abaixo.

Westphal e sua equipe modificaram o experimento de Cavendish para aplicá-lo em uma escala muito menor — eles queriam medir a gravidade de duas esferas de ouro com raio de apenas 1 milímetro e peso de 92 miligramas. Elas foram presas a uma haste de vidro horizontal com uma separação de 40 milímetros. Uma gaiola de Faraday foi usada para impedir a interação eletromagnética das esferas, e o experimento foi conduzido em uma câmara de vácuo para evitar interferências acústicas e sísmicas. Uma terceira esfera foi usada para se aproximar da primeira e interagir gravitacionalmente com ela.

Com o aparato montado, a equipe disparou um laser para um espelho no centro da haste, que por sua vez refletiu o laser para um detector. Conforme a haste girava devido à interação gravitacional das esferas, o movimento do laser no detector indicava valores referentes a este giro. Com estes valores, é possível determinar a força gravitacional em jogo. Ao mover a terceira esfera, que está livre da haste, a equipe conseguiu mapear com precisão o campo gravitacional gerado pelas duas massas.

O resultado não foi exatamente uma surpresa: mesmo nessas escalas diminutas, a lei da Gravitação Universal de Newton ainda prevaleceu. Embora não seja exatamente uma novidade, a pesquisa mostra que o método é eficaz para medir gravidades entre objetos minúsculos, o que pode ser útil em futuras tentativas de aplicar testes em escalas quânticas. É possível que a abordagem possa fornecer pistas interessantes para os estudos sobre a matéria escura, energia escura, a teoria das cordas, entre outros. A pesquisa foi publicada na revista Nature.

Fonte: Science Alert