A gravidade quântica é o elo perdido entre a relatividade geral e a mecânica quântica, a chave ainda a ser descoberta para uma teoria unificada capaz de explicar tanto o infinitamente grande quanto o infinitamente pequeno. A solução para esse quebra-cabeça pode estar no humilde neutrino, uma partícula elementar sem carga elétrica e quase invisível, pois raramente interage com a matéria, passando por tudo em nosso planeta sem consequências.

Por essa mesma razão, os neutrinos são difíceis de detectar. No entanto, em casos raros, um neutrino pode interagir, por exemplo, com moléculas de água no fundo do mar. As partículas emitidas nessa interação produzem um "brilho azul" conhecido como radiação de Cerenkov, detectável por instrumentos como o KM3NeT.

O KM3NeT (Kilometer Cube Neutrino Telescope) é um grande observatório subaquático projetado para detectar neutrinos por meio de suas interações na água. Ele é dividido em dois detectores, um dos quais, ORCA (Oscillation Research with Cosmics in the Abyss), foi usado para esta pesquisa. Ele está localizado na costa de Toulon, França, a uma profundidade de aproximadamente 2.450 metros.

Entretanto, apenas observar neutrinos não é suficiente para tirar conclusões sobre as propriedades da gravidade quântica — também devemos procurar sinais de "decoerência".

À medida que viajam pelo espaço, os neutrinos podem "oscilar", o que significa que mudam de identidade — um fenômeno que os cientistas chamam de oscilações de sabor. A coerência é uma propriedade fundamental dessas oscilações: um neutrino não tem uma massa definida, mas existe como uma superposição quântica de três estados de massa diferentes. A coerência mantém essa superposição bem definida, permitindo que as oscilações ocorram regularmente e previsivelmente. No entanto, os efeitos da gravidade quântica podem atenuar ou até mesmo suprimir essas oscilações, um fenômeno conhecido como "decoerência".

"Existem várias teorias da gravidade quântica que de alguma forma preveem esse efeito porque dizem que o neutrino não é um sistema isolado. Ele pode interagir com o ambiente", explica Nadja Lessing, física do Instituto de Física Corpuscular da Universidade de Valência e autora correspondente deste estudo, que inclui contribuições de centenas de pesquisadores do mundo todo.

"Do ponto de vista experimental, sabemos que o sinal disso seria ver as oscilações de neutrinos suprimidas." Isso aconteceria porque, durante sua jornada até nós — ou mais precisamente, até os sensores KM3NeT no fundo do Mediterrâneo — o neutrino poderia interagir com o ambiente de uma forma que altera ou suprime suas oscilações.

Entretanto, no estudo de Lessing e colegas, os neutrinos analisados pelo detector subaquático KM3NeT/ORCA não mostraram sinais de decoerência, um resultado que fornece informações valiosas.

"Isso", explica Lessing, "significa que se a gravidade quântica altera as oscilações de neutrinos , ela o faz com uma intensidade abaixo dos limites de sensibilidade atuais." O estudo estabeleceu limites superiores para a força desse efeito, que agora são mais rigorosos do que aqueles definidos por experimentos anteriores de neutrinos atmosféricos. Ele também fornece indicações para futuras direções de pesquisa.

"Encontrar a decoerência de neutrinos seria algo grande", diz Lessing. Até agora, nenhuma evidência direta de gravidade quântica foi observada, e é por isso que experimentos com neutrinos estão atraindo cada vez mais atenção. "Tem havido um interesse crescente neste tópico. Pessoas pesquisando gravidade quântica estão muito interessadas nisso porque você provavelmente não conseguiria explicar a decoerência com outra coisa."