Experimento confirma efeito da gravidade na fase quântica de átomos em queda livre

A equipe mediu diretamente a diferença de fase quântica induzida pela gravidade entre dois caminhos coerentes de átomos ultrafrios de rubídio. Em um caminho, os átomos eram sustentados magneticamente contra a gravidade; no outro, eram lançados para cima e depois retornavam em queda livre. O deslocamento de interferência observado foi compatível, dentro da precisão do experimento, com a fase prevista pelo princípio da equivalência de Einstein para essas trajetórias. 24

Como funcionou o teste

Pulsos de micro-ondas colocaram os átomos em uma superposição de duas histórias associadas a estados internos e trajetórias, nas proximidades de um chip atômico. Campos magnéticos mantinham uma das ramificações praticamente parada contra a gravidade, enquanto a outra seguia uma trajetória balística — subindo e descendo em queda livre. Quando as duas ramificações eram recombinadas, a diferença de fase entre elas aparecia como um sinal de interferência mensurável. 24

Em termos simples, o interferômetro permite comparar duas versões quânticas do movimento do mesmo átomo. A gravidade deixa uma assinatura nessa comparação: uma mudança de fase no padrão de interferência.

O que o resultado mostra — e o que não mostra

O experimento estabeleceu que, nesse regime de átomos individuais sob a gravidade fraca da Terra, a evolução quântica usual e a previsão baseada no princípio da equivalência produzem o resultado observado. Trata-se de um teste de interferência quântica da fase associada à queda livre, e não apenas de uma verificação de trajetórias clássicas. 24

Mas o estudo não unifica a mecânica quântica com a relatividade geral, não prova que a gravidade seja quantizada, não detecta grávitons e não decide se a gravidade é fundamentalmente quântica ou clássica. Para investigar a natureza quântica da gravidade, seria necessário, por exemplo, obter evidência de que ela pode gerar emaranhamento entre massas suficientemente isoladas. 23

Onde entra a proposta de Roger Penrose

Roger Penrose propôs um mecanismo de colapso objetivo relacionado à gravidade. Na ideia dele, um objeto massivo em superposição espacial corresponderia a duas geometrias de espaço-tempo curvadas de maneiras diferentes. Isso tornaria o estado instável, levando a uma perda de coerência em um intervalo de tempo ligado à diferença de autoenergia gravitacional entre as duas distribuições de massa. 9

Um único átomo de rubídio é leve demais para testar de forma forte esse possível colapso dependente da massa. Por isso, experiências futuras que produzam superposições espaciais grandes e duradouras de objetos mais pesados — como nanodiamantes levitados ou outras partículas mesoscópicas — poderiam procurar uma perda de interferência que não seja explicada por decoerência ambiental comum. 19

Se a coerência persistisse além do decaimento previsto por modelos do tipo Diósi–Penrose, isso imporia limites a esses modelos. Já uma perda adicional e reprodutível de coerência, com a dependência esperada de massa, separação e tempo, seria um indício favorável — desde que outras fontes de ruído fossem rigorosamente descartadas. 19