Experiência mede fase quântica da gravidade em átomos de rubídio

Num chip atómico especialmente concebido na Universidade Ben-Gurion do Negev, nuvens de átomos de rubídio ultrafrios foram divididas em dois percursos quânticos. Uma parte foi mantida imóvel em relação ao laboratório e à Terra; a outra foi colocada em queda livre. A sua interferência revelou a primeira medição direta da fase quântica prevista para um objeto em queda livre, segundo os investigadores da Ben-Gurion, da Universidade de Ulm e da Universidade de Oxford.

O teste incide sobre o princípio da equivalência de Einstein. Para um observador em queda livre, diz o princípio, a gravidade tem de desaparecer localmente — um elevador ou avião em queda livre pode deixar os seus ocupantes sem peso. Os objetos quânticos complicam o quadro, porque podem comportar-se como ondas e percorrer mais do que um caminho. A experiência procurou saber se essa mesma regra gravitacional continua a aplicar-se quando uma onda atómica ocupa os dois percursos.

Impulsos de micro-ondas colocaram primeiro os átomos de rubídio ultrafrios numa sobreposição quântica. Pequenos fios elétricos no chip criaram depois campos magnéticos: uma força ascendente manteve uma onda contra a gravidade, enquanto um impulso magnético empurrou a outra para cima antes de o campo magnético ser removido, para simular uma queda livre. Um impulso final voltou a combinar as duas partes, permitindo ao interferómetro medir a sua pequena diferença de fase quântica.

Essa diferença de fase coincidiu com a previsão de Einstein. Experiências semelhantes já tinham usado objetos quânticos para medir a gravidade, mas os investigadores afirmam que esta é a primeira medição direta da fase prevista de um objeto em queda livre. Os resultados foram publicados na Science Advances. O físico de Oxford Vlatko Vedral afirmou que o resultado leva a mecânica quântica para o domínio da gravidade, sem demonstrar que os dois grandes modelos tenham sido unificados.

Concretamente, este avanço proporciona aos investigadores um método laboratorial demonstrado para testar a gravidade com matéria quântica e aponta para experiências com objetos mais maciços. Por enquanto, a fronteira avançou de forma precisa, mas limitada: o princípio da equivalência de Einstein mantém-se neste teste quântico, enquanto a questão de Penrose sobre sobreposições de longa duração de objetos maciços continua em aberto.